鋸齒波(Sawtooth Wave)是常見的波形之一。標(biāo)準(zhǔn)鋸齒波的波形先呈直線上升,隨后陡落,再上升,再陡落,如此反復(fù)。是一種非正弦波,由于它具有類似鋸子一樣的波形,即具有一條直的斜線和一條垂直于橫軸的直線的重復(fù)結(jié)構(gòu),它被命名為鋸齒波。
定理定義
用分段函數(shù)表示鋸齒波的表達(dá)式是A=2a(ft-[ft])-a(f為頻率,a為振幅)。方括號為向下取整函數(shù),或高斯函數(shù)。
用級數(shù)形式表示,則為A=-2/πΣ(sin(2πkft)/k)(k=1,2,...,∞)。右為動態(tài)演示,隨著諧波的增加,正弦波越來越接近鋸齒波。
特性領(lǐng)域
電學(xué)領(lǐng)域
我們平時看到的彩色電視屏幕和示波器上的陰極射線管上的圖像,是由光組成的柵格拼湊成的。而柵格的不同色調(diào)和亮度的形成過程中,鋸齒波起了重要的控制作用。
我們都知道,屏幕上的一幀圖像不是在同一時刻形成的,而是通過電子束掃描逐步出現(xiàn)的。控制掃描電子束方向的電磁鐵中,通的電流就是鋸齒波電流。當(dāng)電流強度在直線上升的過程中,磁場強度逐步增強,電子束偏轉(zhuǎn)幅度逐漸加大,在屏幕上掃過,通過電子束不同時刻強弱的不同形成不同色調(diào)和亮度的光柵格;而當(dāng)電流強度突然降低時,磁場強度隨之驟降,電子束迅速返回初始位置,開始下一輪掃描。
聲學(xué)領(lǐng)域
鋸齒波音色顯得鏗鏘嘹亮,有穿透力。與方波一樣,鋸齒波是合成樂器中常出現(xiàn)的合成主音音色。在GM音源的音色庫中,第82號音色就是鋸齒波音色。
通感特性
鋸齒波給人的視覺通感通常是亮紅或亮黃色。在著名的音樂動畫animusic中,鋸齒波被描繪成純紅色(#FF0000)可以旋轉(zhuǎn)的激光束,很貼切地體現(xiàn)了鋸齒波音色富有穿透力的特點。
鋸齒波發(fā)生器
能周期地產(chǎn)生鋸齒形信號的電路,又稱掃描電路或時基發(fā)生器。鋸齒電壓或電流的波形如圖1,T為掃描周期,T1為掃描時間,T2為回掃時間。鋸齒電壓波主要用作示波管電路中的掃描電壓,鋸齒電流波主要用作顯像管電路中的偏轉(zhuǎn)電流。
鋸齒波發(fā)生器可分為自激式和他激式兩種。前一種的穩(wěn)定性較差,現(xiàn)代的時基發(fā)生器多采用后一種。
圖2a是一種用RC充放電電路構(gòu)成的他激式鋸齒電壓波發(fā)生電路。當(dāng)輸入端為圖2b所示的脈沖電壓u所控制時, 晶體管等效為一電子開關(guān)。當(dāng)u處于T期間,晶體管截止,電源電壓E通過電阻R向電容C充電,C兩端的輸出電壓u按指數(shù)規(guī)律上升。在T期間,晶體管導(dǎo)通,C上電荷通過它放電,u迅速下降。如果
T/RC<<1即T只占指數(shù)曲線起始段的一小部分,則可以近似地認(rèn)為在T期間u是線性增長的。在E為定值的條件下,u越大,則掃描正程的線性程度越差。通常,圖2a電路對C的充電電流是按指數(shù)規(guī)律變化的,所以非線性系數(shù)較大。如果設(shè)法使充電電流保持為常數(shù),則C兩端的電壓u將按線性規(guī)律增長。恒流源充電或電容負(fù)反饋的鋸齒波發(fā)生器可達(dá)到這一要求。
一種用運算放大器構(gòu)成的鋸齒電壓發(fā)生器。在0~T的時間內(nèi)電子開關(guān)K斷開,
輸出電壓u隨時間呈線性變化。當(dāng)K閉合時,u即隨C的放電而迅速下降。只要開關(guān)K周期地啟閉,u便依鋸齒形的規(guī)律而變化。
在顯像管掃描電路中,鋸齒電流發(fā)生器的負(fù)載是電感線圈。當(dāng)工作頻率較低,且線圈的分布電容可以忽略時,電感線圈的作用可以用集總電感L和集總電阻R來代表(圖4)。晶體管T構(gòu)成一個線性電流放大器,激勵信號電壓u是鋸齒電壓波,流過L的電流i是鋸齒電流波(圖5a),相應(yīng)的u和u上的電壓波形則分別如圖5b和c。u和u的合成電壓波形u如圖5d,這個波形稱為鋸齒脈沖波。在實際電路中,由于晶體管非線性特性和扼流圈L分流的影響,掃描波形的線性較差。
參考資料 >