Rechtecksignale

Rechtecksignale sind zeitdiskrete oder zeitkontinuierliche Signale, die zwischen zwei festen Amplituden abrupt wechseln. Typischerweise handelt es sich um periodische Signale, die mit der Periode T oder Frequenz f = 1/T beschrieben werden. Die Amplitude wird oft als Spitzenwert A angegeben, wobei der on-zeit Ton den Anteil D der Periode ausmacht, der als Duty Cycle D = Ton/T definiert ist.

In der Zeitdomäne lässt sich ein periodisches Rechtecksignal mit einer symmetrischen Form als s(t) = A, wenn 0 ≤ t mod T < Ton, sonst s(t) = 0 (oder -A bei einer bipolaren Ausführung).

Die Frequenzanalyse erfolgt über die Fourier-Reihe; für ein symmetrisches Rechtecksignal hat die Spektralstufen ungerade Harmonische, und die Amplituden der n-ten Harmonischen liegen bei proportional sin(n π D)/(n π). Bei D = 1/2 ergeben sich nur ungerade Harmonische; die Amplituden fallen wie 1/n ab. Praktische Signale besitzen eine endliche Bandbreite, bedingt durch eine endliche Anstiegszeit und Wegfall der idealen Sprungstellen.

Rechtecksignale werden durch Oszillatoren, Funktionsgeneratoren, digitale Logikgatter oder PWM-Schaltungen erzeugt. In der Praxis weisen ideale Rechtecksignale unendliche Bandbreite auf; reale Signale weisen begrenzte Anstiegs- und Abfallzeiten, Rauschen und Verzerrungen auf.

Anwendungen umfassen Takt- und Taktsignale, Pulsweitenmodulation in der Leistungselektronik, Digitalschaltungen, Impuls- und Triggerzwecke sowie Mess- und Prüfsignale.