Was ist eine Rechteckwelle?
Eine Rechteckwelle ist eine Art Wellenform, bei der das Signal nur zwei Pegel hat. Das Signal wechselt in regelmäßigen Abständen zwischen diesen Pegeln und der Wechsel erfolgt sofort. Diese Eigenschaften bedeuten, dass ein Diagramm der Welle über die Zeit Formen mit quadratischen Ecken erzeugt. Die Rechteckwelle hat praktische Anwendungen in digitalen Schaltkreisen und in der Musik.
Die meisten Wellenformen folgen einem bestimmten Muster, das als Sinus bezeichnet wird. Solche Wellenformen wechseln allmählich zwischen zwei Pegeln hin und her, so dass ein Diagramm der Welle über der Zeit eine Reihe von Kurven ist. Die Wellen des Meeres, die Lichtwellen und die Meereswellen folgen alle einem Sinusmuster, ebenso wie der Spannungspegel in einem Wechselstromsystem.
Alle anderen Wellenformen werden als nicht sinusförmige Wellenformen eingestuft. Die bekanntesten Wellenformen, einschließlich der Rechteck-, Dreieck- und Sägezahnwellenformen, enthalten auch ein Signal, das zwischen zwei Pegeln schwankt. Jedes dieser Verfahren verhält sich jedoch unterschiedlich. Dies hängt davon ab, ob der Wechsel in eine oder beide Richtungen unmittelbar oder schrittweise erfolgt, wie lange der Wechsel dauert und wie lange zwischen den Wechseln vergangen ist. Die Namen kommen von der Art und Weise, wie ein Diagramm der Welle über die Zeit die entsprechende Form erzeugt. Die augenblicklichen Änderungen einer Rechteckwelle in beide Richtungen bedeuten, dass die Grafik wie der Turm einer Burg geformt ist.
Eine Rechteckwelle lässt sich relativ einfach künstlich erzeugen. Dies macht es besonders geeignet, um sicherzustellen, dass verschiedene Teile einer Schaltung richtig synchronisiert sind. Das regelmäßige Muster der Rechteckwelle wirkt als Zeitgeber. Die Rechteckwelle kann auch zum Synthetisieren von Klängen in der Musik verwendet werden. Eine Schallwelle, die dem Rechteckwellenmuster folgt, klingt ähnlich wie Blasinstrumente wie Hörner, Posaunen und Saxophone.
In Wirklichkeit ist es unmöglich, eine perfekte Rechteckwelle zu erzeugen. Dies liegt daran, dass das Gerät, mit dem es generiert wird, einige physikalische Einschränkungen aufweist. Beispielsweise hat die in den Stromkreisen des Geräts verwendete Verdrahtung einen gewissen Widerstand, der die Änderung der Spannungspegel verzögert.
Die Rechteckwelle wird manchmal auch als Rademacher-Funktion bezeichnet. Der Name stammt von Hans Adolph Rademacher, einem deutschen Mathematiker, der in die USA ausgewandert ist. Er brachte nicht nur seine eigene Arbeit in das Mathematikstudium ein, sondern unterrichtete auch zahlreiche Studenten, die zu führenden Wissenschaftlern und Forschern auf diesem Gebiet wurden.