Co to jest częstotliwość w elektronice?

To unosiło się w mojej głowie przez jakiś czas, wszystko ma częstotliwość. Podobnie jak konwerter dc-dc, mój zakres wynosi 100 MHz (wiem, że to szerokość pasma, ale ma jednostkę częstotliwości). Rozumiem, że Astable 555 ma częstotliwość, która jest znakiem i czasoprzestrzenią w oparciu o wartości czapki i oporników. A potem masz do dyspozycji filtr pasmowo-przepustowy, który może filtrować różne częstotliwości, więc o co w tym wszystkim chodzi? Jak prąd stały ma częstotliwość? I związek między przepustowością a częstotliwością, ponieważ mają one te same jednostki.

Częstotliwość jest odwrotnością czasu do powtarzania zdarzeń. Jeśli pojedynczy cykl sieci trwa 1/50 sekundy (0,02 sekundy), nastąpi 50 cykli na sekundę (1 / 0,02). Mówimy, że częstotliwość wynosi 50 Hz.
Jednostką częstotliwości jest herc (Hz). 1 Hz to 1 cykl na sekundę, co oznacza starszą nazwę (cps). Jest to wygodne urządzenie, nawet do bardzo krótkich cykli, których używamy, z prefiksem: MHz, GHz. W przypadku dłuższych cykli (bliskich lub dłuższych niż 1 Hz) czasami używamy minuty jako jednostki: tętno 70 uderzeń na minutę (BPM), ustawienie metronomu na 100 BPM.
Jeszcze dłuższe cykle są często wyrażane jako okres czasu (1 / częstotliwość).

Każdy system ma swoje typowe (zakres) częstotliwości. Bicie serca wyniesie około 1-2 Hz, a częstotliwość rezonansowa trampoliny jest również rzędu 1 Hz. Fale radiowe mają szeroki zakres częstotliwości: 30 kHz (dla odpowiedniej długości fali 10 km) to VLF (bardzo niska częstotliwość), podczas gdy magnetron kuchenki mikrofalowej „transmituje” przy 2,45 GHz. I chociaż 30 kHz jest niskie dla radia, to już znacznie wykracza poza to, co akustycznie możemy dostrzec.

Wyższa częstotliwość (górna ścieżka na zdjęciu) sygnału zostanie pokazana na oscyloskopie jako szybsze powtórzenie niż niższa częstotliwość (dolna ścieżka).

„Prąd stały” (DC) jako napięcie stałe ma częstotliwość 0 Hz.

Szerokość pasma wskazuje zakres częstotliwości, od dolnej granicy do wyższej. Jeśli twój zakres obsługuje sygnały z DC (0 Hz) do 100 MHz, jego szerokość pasma wynosi 100 MHz - 0 Hz = 100 MHz.

Częstotliwość, w sensie ogólnym, to szybkość, z jaką coś się powtarza. Zwykle mierzony w „powtórzeniach na sekundę” lub hercach (Hz). Mój zegarek tyka z częstotliwością 1 Hz. Podlewam trawnik w tempie 0,00000386 Hz. A moje migacze samochodowe migają z częstotliwością około 0,5 Hz. Otóż ​​to! Oczywiście sprawy stają się nieco bardziej skomplikowane, gdy weźmie się pod uwagę to, co się dokładnie powtarza. Ale „częstotliwość” jest naprawdę taka prosta.

Zakres lub filtr pasmowy jest zwykle oceniany w Hz i odnosi się do częstotliwości sygnału, który może (lub nie może) przez niego przejść. W tym kontekście chodzi o falę sinusoidalną .

Coś w rodzaju obwodu 555 lub innego typu sygnału zegarowego mówi o częstotliwości przełączania sygnału.

Termin „DC” jest często nadużywany, więc nie bierz go zbyt poważnie. Przez większość czasu dotyczy to zasilacza, który wytwarza stałe napięcie. Ale może również odnosić się do wszystkiego, co wysyła sygnał, który jest tylko dodatnim napięciem. Lub może odnosić się do sygnału, który jest napięciem „w większości stałym”. Ale jeśli sygnał jest naprawdę niezmienny, to ma częstotliwość zerową.

Przepustowość i częstotliwość są ze sobą powiązane - w podobny sposób, w jaki samochód i baseball są powiązane (oba są mierzone w milach na godzinę).

Jak stwierdzono w powyższej odpowiedzi, częstotliwość jest miarą powtórzenia zdarzenia. Ponieważ zadałeś więcej niż jedno pytanie dotyczące częstotliwości, pozwól mi opisać, co to znaczy w różnych kontekstach.

Sinusoida

W tym przypadku częstotliwość to liczba dodatnich (lub ujemnych) pików w sygnale w ciągu jednej sekundy. Fala sinusoidalna jest przykładem fal związanych z zasilaniem prądu przemiennego. Zatem zasilacz prądu przemiennego o częstotliwości 60 Hz oznacza, że ​​fala sinusoidalna jego napięcia powtarza się 60 razy na sekundę. Mówi się, że sygnał prądu stałego (nie zmienia się w czasie) ma częstotliwość 0 Hz.

Fala sinusoidalna jest znacznie bardziej użyteczna i znacząca poza domeną zasilania prądem przemiennym. W rzeczywistości możemy klasyfikować sygnały na dwie części, mianowicie okresowe (sygnały, które powtarzają pewien wzór w czasie) i aperiodyczne (sygnały, które nie powtarzają się w czasie).

Fala sinusoidalna jest najbardziej podstawowym sygnałem okresowym. Jest tak, ponieważ ma z nią tylko jedną częstotliwość. Możemy reprezentować wszystkie sygnały okresowe i aperiodyczne przy użyciu kombinacji fal sinusoidalnych o różnych częstotliwościach. Sygnał okresowy składa się z częstotliwości podstawowej i częstotliwości harmonicznych. Na przykład fala prostokątna o częstotliwości 100 Hz w rzeczywistości oznacza, że ​​ma częstotliwość podstawową 100 Hz, a częstotliwości harmoniczne (zawsze całkowita wielokrotność podstawowej częstotliwości) wynoszą 200 Hz, 300 Hz, 400 Hz ... itd. Częstotliwości związane z sygnałami nieperiodycznymi wymagają nieco więcej zaangażowana dyskusja, więc nie zamieszczę jej tutaj.

Filtry

Filtr (elektroniczny) to urządzenie, które dosłownie „filtruje” częstotliwości. Na przykład, jeśli filtr mówi, że jest filtrem dolnoprzepustowym (LPF) z częstotliwością odcięcia 1 KHz, oznacza to, że każda fala sinusoidalna dochodząca na jego wejście osiągnie moc wyjściową tylko wtedy, gdy ma częstotliwość mniejszą niż 1 KHz. Jeśli więc przepuszczymy falę kwadratową 10 Hz przez ten LPF, na wyjściu zobaczymy tylko harmoniczne fali kwadratowej, które są mniejsze niż 1000 Hz (100 harmonicznych).

Jeśli nie uwzględnimy wszystkich (nieskończonych dla fali kwadratowej) harmonicznych (fal sinusoidalnych) i dodamy je razem z falą sinusoidalną o częstotliwości podstawowej, nie otrzymamy fali kwadratowej. Ale wynikowa fala byłaby zbliżona do fali prostokątnej. Tak więc wytworzenie dokładnej fali prostokątnej o dowolnej częstotliwości jest praktycznie niemożliwe.

Konwerter DC-DC

Myślę, że to twój główny temat pytania, jak „rzecz” DC może mieć częstotliwość. W rzeczywistości przekształtnik DC-DC wykorzystuje falę kwadratową (zasadniczo przełącznik wielokrotnie włączający się i wyłączający) do konwersji jednego napięcia stałego (np. 5 V) na inne napięcie stałe (np. 20 V). Częstotliwość przełącznika wykorzystywanego do wykonywania tej funkcji (konwersja DC-DC) jest znana jako częstotliwość przetwornicy DC-DC.

Przepustowość i częstotliwość

Wróćmy jeszcze raz do filtra. Właśnie widzieliśmy, co robi LPF. istnieją inne rodzaje filtrów; filtr górnoprzepustowy (HPF), filtr pasmowy (BPF) i wiele innych. Pomyślmy o BPF. BPF ma właściwość polegającą na tym, że dopuszcza tylko częstotliwości (fale sinusoidalne), które mieszczą się w ustalonym zakresie wartości. BPF o częstotliwościach odcięcia 100Hz i 5KHz, przekaże tylko częstotliwości w tym paśmie - pasmo. Możemy więc powiedzieć, że „szerokość pasma” naszego filtra wynosi (5000 - 100 = 4900 Hz. Nawet LPF może mieć szerokość pasma równą samej częstotliwości odcięcia.

Przepustowość to termin używany w dużo większym kontekście innym niż filtry. Bardziej ogólnym i luźnym wyjaśnieniem jest to, jak szybko urządzenie może działać (więc jeśli to urządzenie jest filtrem, jaka jest górna granica tego filtra, zakładając, że nie dbamy o dolną granicę).

Częstotliwość w komputerach

Wiem, że o to nie prosiłeś, ale jest to właściwe miejsce na omówienie tego tematu. Co to znaczy, że mówisz, że mam komputer 3 GHz?

Komputer ma procesor, który wykonuje wszystkie operacje matematyczne i logiczne za pomocą obwodów cyfrowych. Każda operacja w CPU jest podzielona na jedną lub więcej instrukcji. Instrukcje te są następnie przetwarzane na wiele etapów. każdy etap przetwarzania instrukcji zajmuje trochę czasu, a etap, który zajmuje maksymalny czas, decyduje o częstotliwości procesora. więc jeśli stopień procesora, który zajmuje maksymalny czas = 1ns (nano sekunda = 0,000000001 sekunda), wówczas możemy uruchomić ten procesor z częstotliwością 1GHz (1 / 1ns). Jest to bardzo podstawowe wyjaśnienie bardzo złożonej koncepcji, więc nie jest zbyt dokładne i różni się w zależności od procesora.

Żyjemy w morzu cząsteczek i atomów itp., Kiedy antena nadawcza tworzy falę częstotliwości, to faktycznie działa jak uderzenie bicza (po prostu NIE TECHNICZNIE) w to morze atomów i cząsteczek, jak fala, i kiedy mówimy o częstotliwości w obwodzie, drucie o charakterystyce elektrycznej, zwykle mamy na myśli Prąd Alternatywny, AC, jak sama nazwa wskazuje, zmienia się on między dodatnim i ujemnym, tworząc falę sinusoidalną i można go nazwać częstotliwością.

Nie ma jednak dużej różnicy z transmisją TX, kiedy na ogół na nie patrzysz.

Wyobraź sobie, że nadajnik chce wysłać sygnał, wysyła falujący bicz, czy to wielokierunkowy, czy wachlarzowy, przenika wszystko oprócz materiałów żelaznych, które przekierowują go lub odbijają w zależności od materiału lub częstotliwości.
Wyobraź sobie raz jeszcze, gdy kilkakrotnie i szybko poruszasz rękami, tworzysz wysoką częstotliwość, a jeśli poruszasz ją powoli, niską częstotliwość.
Spójrz na kręgosłup, szybki ruch ma krótszy zasięg, a wolny ruch ma większy zasięg.