デューティサイクル

デューティサイクルとスペクトルの関係

デューティサイクルまたはパワーサイクルは、信号またはシステムがアクティブな期間の割合です。 ^[1]^[2]^{[3]デューティサイクルは通常、パーセンテージまたは比率で表されます。周期は、信号がオンとオフの}サイクルを完了するのにかかる時間です。式として、デューティサイクル（％）は次のように表すことができます。

D={\frac {PW}{T}}\times 100\%

^[2]

同様に、デューティサイクル (比率) は次のように表すことができます。

D={\frac {PW}{T}}

ここで、はデューティサイクル、はパルス幅 (パルスのアクティブ時間)、は信号の合計周期です。したがって、60% のデューティサイクルは、信号が 60% の時間オンで、40% の時間オフであることを意味します。60% のデューティサイクルの「オン時間」は、周期の長さに応じて、1 秒未満、1 日、または 1 週間になることもあります。 $D$ $PW$ $T$

デューティサイクルは、スイッチング電源の電源スイッチなどの電気機器におけるアクティブ信号のパーセント時間や、ニューロンなどの生体システムによる活動電位の発火を表すために使用できます。^[4]^[5]

いくつかの出版物ではデューティサイクルの記号としてを使用しています。^[6] $\alpha$

比率として、デューティサイクルは単位がなく、小数とパーセンテージの両方で表すことができます。

代わりに使用されている用語はデューティ係数です。^[7]^[8]^[9]

アプリケーション

電気・電子

電子工学において、デューティサイクルは、パルス持続時間またはパルス幅 (PW) と波形の全周期 (T) の比率のパーセンテージです。これは通常、パルスが高い (1) ときの持続時間を表すために使用されます。デジタル電子工学では、信号はロジック 1 とロジック 0 で表される矩形波形で使用されます。ロジック 1 は電気パルスの存在を表し、ロジック 0 は電気パルスの不在を表します。たとえば、信号 (10101010) のデューティサイクルは 50% です。これは、パルスが周期の 1/2 の間ハイのままか、周期の 1/2 の間ローのままであるためです。同様に、パルス (10001000) の場合、パルスが周期の 1/4 の間だけハイのままで、周期の 3/4 の間ローのままであるため、デューティサイクルは 25% になります。電気モーターでは通常、100% 未満のデューティサイクルが使用されます。例えば、モーターが100秒のうち1秒、つまり1/100の時間だけ作動する場合、そのデューティサイクルは1/100、つまり1パーセントになります。^[10]

パルス幅変調(PWM) は、電力供給や電圧調整など、さまざまな電子的な状況で使用されます。

電子音楽では、音楽シンセサイザーはオーディオ周波数発振器のデューティサイクルを変化させて、音色に微妙な効果を与えます。この技術はパルス幅変調として知られています。

プリンター/コピー機業界では、デューティサイクル仕様は、デバイスの 1 か月あたりの定格スループット (つまり、印刷されるページ数) を指します。

溶接電源装置において、最大デューティサイクルは、10分間に過熱する前に連続して動作できる時間の割合として定義されます。^[11]

生物システム

デューティサイクルの概念は、ニューロンや筋繊維の活動を説明するためにも使用されます。たとえば、神経回路では、デューティサイクルは、ニューロンが活動状態にあるサイクル期間の割合を指します。 ^[5]

世代

1/ nデューティファクタ ( nは整数)でかなり正確な方形波信号を生成する 1 つの方法は、 n次高調波が著しく抑制されるまでデューティサイクルを変更することです。オーディオ帯域信号の場合、これは「耳で」行うこともできます。たとえば、3 次高調波の -40 dB の減少は、1% の精度でデューティファクタを 1/3 に設定することに相当し、-60 dB の減少は 0.1% の精度に相当します。^[12]

マークスペース比

マークスペース比、またはマーク対スペース比は、波形の2つの交互周期間の時間的関係を表す、同じ概念の別の用語です。ただし、デューティサイクルは1つの周期の持続時間をサイクル全体の持続時間に関連付けるのに対し、マークスペース比は2つの個別の周期の持続時間を関連付けます。^[13]

{\text{マークスペース比}}={\frac {PW_{\text{on}}}{PW_{\text{off}}}}

ここで、およびは2 つの交互周期の継続時間です。 $PW_{\text{on}}$ $PW_{\text{off}}$

参考文献

^ Barrett, Steven Frank; Pack, Daniel J. (2006). 「タイミングサブシステム」。エンジニアと科学者のためのマイクロコントローラの基礎。Morgan and Claypool Publishers。pp. 51–64。ISBN 1-598-29058-4。
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[8] "EN 60469:2013". .standards.cencenelec.eu 。2023 年 10 月 14 日に取得。

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[13] 「555 タイマー非安定回路」。2020年9 月 19 日閲覧。