デューティー比50%の矩形波をWaveSpectraでそのスペクトルを観測する

オシロスコープを見ながらデューティー比50%の矩形波を作り、その信号をWaveSpectraで観測したものが図8です。発振出力は1kHzです。理想的なデューティー比50%の矩形波には奇数次の高調波のみが含まれると信じていましたが、実験では偶数次の高調波も出ていることが伺えます。

図6に示した矩形波を見ても歪んでいるとは思えず、パソコンに矩形波の信号を入力する時点でその信号が強すぎて飽和していることも考えられることからアッテネーターを挿入したりしましたが改善しませんでした。

図8. オシロスコープでデューティー比50%を調整した出力をWaveSpectraで観測。理論とは異なり、1kHzの偶数次の高調波も出ている

WaveSpectraの波形を見ながらVR1、VR2を調整する

図6に示したようにオシロスコープを見ながら完璧なデューティー比50%の矩形波を作ったつもりでしたが、それは目視で確認しただけで、実際には微妙にデューティー比は50%からズレていたことが分かりました。

WaveSpectraのスクリーンを見ながらVR1、VR2を調整しました。するとあるポイントでスパッと偶数次の高調波がなくなることが分かりました。細かく調整して理想的なデューティー比50%に近づけた波形のスペクトルをWaveSpectraで観測したものを図9に示します。偶数次の高調波はほとんど出ていないことが分かります。基本波の2倍(偶数次)の高調波のレベルは基本波に対して−75dBもの微小なレベルとなっていることが分かります。

図9. 理想的なデューティー比50%の矩形波のスペクトルをWaveSpectraで観測。偶数次の高調波はほとんど出ていない

図10. 理想的なデューティー比50%の矩形波のスペクトルの比較
左: 調整前の矩形波　右: 調整後の矩形波

まとめ

冒頭にも示しました理想的なデューティー比50%の矩形波の信号スペクトルは(1)で表され、その矩形波には奇数次の高調波が含まれるが偶数次の高調波は含まれないということを知識として知っている程度でしたが、今回の実験でそれを確かめることができました。

参考にした資料

大阪日本橋のデジットが公開している「555/Vol.1 可変デューティ・サイクル発振器」

図11. 大阪日本橋のデジットが公開している「555/Vol.1 可変デューティ・サイクル発振器」のチラシ
https://www.kyohritsu.com/eclib/DIGIT/KIT/time5551.pdf