¿Se considera la onda cuadrada como corriente continua (DC)?

Question

Digamos que tengo una onda cuadrada de nivel lógico, donde 0V es "bajo" y 5V es "alto". Estoy pulsando esto a una frecuencia constante de 60Hz, ciclo de trabajo del 50%. Mi intuición dice que dado que el voltaje nunca se vuelve negativo, es una señal de corriente continua, independientemente de la rapidez con la que la esté pulsando. ¿Es correcto?

Además, al considerar amplificadores operacionales para amplificar señales de sensores que nuevamente producen ondas cuadradas de 60Hz entre 0 y 100mV, ¿puedo considerar esto también una señal de corriente continua y no preocuparme demasiado por mi producto de ganancia de ancho de banda?

Answer 1

Respuesta breve a ambas preguntas:
No, eso no es correcto.
No, sí necesitas preocuparte por eso.

Empecemos desde el principio. No hay forma de que alguna vez te enfrentes a una señal 'DC' de forma literal. Digamos que tienes una fuente de alimentación de banco, la usas para alimentar tus circuitos, eso es tal vez unos 5V DC, ¿verdad? ¿Y qué pasa cuando la apagas? ¿Qué pasa cuando hay cortes de energía? ¿Qué pasa cuando esa fuente de banco en particular ni siquiera existía?
Mi punto es: una señal real (existente) nunca puede ser literalmente DC. En algún momento en el tiempo no existía, y no existirá.

Pero hay esperanza: podemos dar una definición algo menos estricta de la señal DC, y estamos llamando a nuestro viejo amigo Fourier. Estoy asumiendo que sabes lo que es la Transformada de Fourier, puedes buscarla o simplemente creerme: hay esta transformación matemática en particular que toma una señal que es una función del tiempo y arroja una señal que es una función de frecuencia. Y eso funciona en ambas direcciones, por lo que tu bonita señal puede ser representada ya sea en su forma de dominio de tiempo o en su forma de dominio de frecuencia.
Pero ¿para qué necesitamos esta cosa de frecuencia? Bueno, eso es fácil, digamos que tenemos: $$x(t)\rightleftharpoons X(f)$$ donde \$x(t)\$ es tu señal en el dominio del tiempo, mientras que \$X(f)\$ es la misma señal en el dominio de la frecuencia. Ahora, si calculas \$x(t_0)\$ obtienes el valor que tiene tu señal en el instante \$t_0\$, entonces ¿qué pasa con \$X(f_0)\$? Bueno, obtienes el valor que tiene tu señal en la frecuencia \$f_0\$, simple y llanamente. Digamos que grabas un bombo y un violín, tienes las señales en el dominio del tiempo, las transformas y luego las graficas: el bombo será muy alto para bajas frecuencias, mientras que el violín será muy alto para frecuencias altas. Eso es porque el bombo tiene un montón de componentes de baja frecuencia, mientras que el violín tiene un montón de componentes de alta frecuencia.

Así que volvamos a la definición de DC. Podríamos decir que una señal es DC si "la mayoría de sus componentes son a frecuencias muy bajas". Eso es mejor que "nunca cambia", tener componentes de baja frecuencia puede realmente suceder. Esa no es una definición precisa, pero tomémosla tal cual por ahora.

¿Qué hay de tu onda cuadrada? Echemos un vistazo al espectro de componentes de frecuencia de una onda cuadrada:

(fuente: wikipedia)
Esa es una onda cuadrada de 1kHz: como puedes ver, la función graficada es muy alta en 1kHz, pero también en 3, 5 y así sucesivamente... Y (confía en mí) la altura de los picos disminuye según 1/f, eso es lento. Y por favor ten en cuenta que no hice ninguna suposición sobre si la onda va o no por debajo de cero.

Así que tu onda cuadrada está muy, muy lejos de ser DC.

Ahora, respecto a tu segunda pregunta: esa es completamente diferente. Solo si y solo si la amplitud de tu onda cuadrada es muy muy pequeña en comparación con otras señales que tienes a tu alrededor, puedes decir "bueno, finjamos que no está ahí". Pero ese no es tu caso, tu onda cuadrada es la señal que quieres amplificar. Y como acabas de aprender eso no es DC en absoluto... Mejor mira detenidamente las especificaciones del amplificador operacional que vayas a elegir entonces.

Answer 2

'La respuesta' es que depende de lo que uno quiera decir con CC.

Creo que es seguro decir que, para la mayoría, "CC" ya no significa Corriente Directa, que se define como una corriente que no varía en dirección, a diferencia de la Corriente Alterna que lo hace.

En la mayoría de los contextos, "CC" es un sinónimo de constante. Por ejemplo, una fuente de alimentación de 5 VCC (bueno) produce un voltaje constante de 5V y no, por ejemplo, un voltaje variable pero positivo.

Otro ejemplo es el "componente de CC" de una señal, que significa el promedio temporal (constante) de una señal.

Un ejemplo más es la "solución de CC" para un circuito; la solución en la que todas las tensiones y corrientes son constant.

Aún así, en algunos casos, "CC" se usa para significar no alterno o unidireccional, como por ejemplo la salida no filtrada de un rectificador a veces llamada CC pulsante.

Entonces, en el primer sentido, tu onda cuadrada no es CC ya que no es constante.

Pero, en el segundo sentido, tu onda cuadrada es CC ya que es no alterna.

Answer 3

Si hiciste aproximaciones de CC al analizar un circuito con una entrada de onda cuadrada, estarías perdiendo una parte sustancial de la respuesta. Por lo tanto, no deberías hacer suposiciones de CC. Si te ayuda a pensar en la onda cuadrada como CA, entonces te será útil. Sugiero que es más útil pensar en por qué estás tratando de colocar la señal en un cajón en primer lugar, y eso debería ayudar a generar la respuesta.

Answer 4

negativo es relativo a una referencia.

Si mueves tu referencia a 2.5V, tendrás una corriente alterna de -2.5/+2.5.

Answer 5

Observa una batería descargarse con el tiempo, es una decaída exponencial.

Espera aún más tiempo, todos los potenciales en el universo tienden a cero.

Si un ciclo de CPU fuera igual a un segundo, entonces tu onda cuadrada de 60Hz parecería mantenerse en 5V durante aproximadamente 20 años.

...pero en realidad, lo que dijo Vladimir.