Vad är en fyrkantig våg?

En kvadratisk våg är en typ av vågform där signalen endast har två nivåer. Signalen växlar mellan dessa nivåer med jämna mellanrum och omkopplaren är omedelbar. Dessa egenskaper betyder att en kurva över vågen över tiden kommer att producera former med fyrkantiga hörn. Kvadratvågen har praktiska användningar inom digitala kretsar och musik.

De flesta vågformer följer ett tydligt mönster som kallas sinus. Sådana vågformer växlar fram och tillbaka mellan två nivåer gradvis, så att en kurva över vågen över tiden är en serie kurvor. Havets vågor, ljusvågor och havsvågor följer alla ett sinusmönster, liksom spänningsnivån i ett växelströmssystem.

Alla andra vågformer kategoriseras som icke-sinusformade vågformer. De mest välkända av dessa, inklusive vågformerna med kvadratvågen, triangelvågen och sågtanden, innefattar också en signal som fluktuerar mellan två nivåer. Emellertid uppför sig var och en av dessa på ett annat sätt, kännetecknat av om omkopplaren i endera eller båda riktningarna är omedelbar eller gradvis, hur lång tid växeln tar och hur lång tid som går mellan omkopplarna. Namnen kommer från det sätt som en kurva över vågen över tiden ger rätt form. De omedelbara förändringarna av en kvadratisk våg i båda riktningarna innebär att grafen är formad som tornet i ett slott.

En kvadratisk våg är ganska enkel att generera artificiellt. Detta gör det särskilt lämpligt för att se till att olika delar av en krets synkroniseras korrekt. Det reguljära mönstret för fyrkantvågen fungerar som en tidsanordning. Kvadratvågen kan också användas för att syntetisera ljud i musik. En ljudvåg som följer kvadratvågmönstret låter som vindinstrument som horn, tromboner och saxofoner.

I verkligheten är det omöjligt att skapa en perfekt fyrkantvåg. Detta beror på att det kommer att finnas vissa fysiska begränsningar för den enhet som används för att generera den. Exempelvis kommer ledningar som används i enhetens elektriska kretsar ha viss motstånd som försenar förändringen i spänningsnivåer.

Fyrkantvågen kallas ibland också Rademacher-funktionen. Namnet kommer från Hans Adolph Rademacher, en tysk matematiker som emigrerade till USA. Förutom att han bidrog med sitt eget arbete till matematisk studie, undervisade han många studenter som också blev ledande akademiker och forskare inom området.