Qual è la frequenza in elettronica?

Questo è fluttuato nella mia mente da un po ', tutto ha una frequenza. Come un convertitore cc / cc, il mio ambito di applicazione è 100 MHz (so che è una larghezza di banda ma ha l'unità di frequenza). Capisco che un Astable 555 ha una frequenza che è il segno e lo spazio tempo in base ai valori di cappuccio e resistori. E poi hai l'uso del filtro passa-banda che può filtrare frequenze diverse, quindi di cosa si tratta? In che modo una corrente continua ha una frequenza? E la relazione tra larghezza di banda e frequenza in quanto hanno le stesse unità.

La frequenza è l'inverso del tempo per gli eventi ricorrenti. Se un singolo ciclo della rete ha una durata di 1/50 di secondo (0,02 secondi), allora ci saranno 50 cicli in un secondo (1 / 0,02). Diciamo che la frequenza è di 50 Hz.
L'unità per la frequenza è l'Hertz (Hz). 1 Hz equivale a 1 ciclo al secondo, un nome più vecchio per esso (cps). È un'unità conveniente, anche per cicli molto brevi che utilizziamo, con un prefisso: MHz, GHz. Per cicli più lunghi (vicini o più lunghi di 1 Hz) a volte utilizziamo il minuto come unità: una frequenza cardiaca di 70 battiti al minuto (BPM), un'impostazione del metronomo di 100 BPM.
Cicli ancora più lunghi sono spesso espressi come periodo di tempo (1 / frequenza).

Ogni sistema ha le sue frequenze tipiche (gamma di). Un battito cardiaco sarà di circa 1-2 Hz e anche la frequenza di risonanza di un trampolino è dell'ordine di 1 Hz. Le onde radio hanno una vasta gamma di frequenze: 30 kHz (per una lunghezza d'onda corrispondente di 10 km) è VLF (frequenza molto bassa), mentre il magnetron di un forno a microonde "trasmette" a 2,45 GHz. E mentre 30 kHz è basso per la radio, è già ben oltre ciò che possiamo percepire acusticamente.

Una frequenza più alta (traccia superiore nell'immagine) di un segnale verrà mostrata su un oscilloscopio come una ripetizione più veloce di una frequenza inferiore (traccia inferiore).

La "corrente continua" (CC) come tensione costante ha una frequenza di 0 Hz.

La larghezza di banda indica un intervallo di frequenze, che vanno dal limite inferiore a quello superiore. Se l'oscilloscopio può gestire segnali da DC (0 Hz) fino a 100 MHz, la sua larghezza di banda è 100 MHz - 0 Hz = 100 MHz.

La frequenza, in senso generico, è la velocità con cui qualcosa si ripete. Generalmente misurato in "ripetizioni al secondo" o Hertz (Hz). Il mio orologio ticchetta a 1 Hz. Innaffio il prato a una velocità di 0,00000386 Hz. E i lampeggiatori della mia auto lampeggiano a circa 0,5 Hz. Questo è tutto! Naturalmente le cose diventano un po 'più complesse se si considera esattamente ciò che si ripete. Ma la "frequenza" è davvero così semplice.

Un oscilloscopio, o filtro passa banda, di solito è classificato in Hz e si riferisce alla frequenza di un segnale che può (o non può) attraversarlo. In questo contesto, sta parlando di un'onda sinusoidale .

Qualcosa come un 555, o un altro circuito di tipo segnale di clock, sta parlando della frequenza con cui il segnale cambia.

Il termine "DC" viene spesso abusato, quindi non prenderlo troppo sul serio. Il più delle volte si riferisce a un alimentatore che emette una tensione costante. Ma potrebbe anche riferirsi a tutto ciò che emette un segnale che è solo una tensione positiva. Oppure, potrebbe riferirsi a un segnale che è una tensione "prevalentemente costante". Ma se il segnale è veramente invariato, allora ha una frequenza pari a zero.

La larghezza di banda e la frequenza hanno una relazione, in gran parte il modo in cui una macchina e una palla da baseball sono correlate (sono entrambe misurate in miglia all'ora).

Come indicato nella risposta precedente, la frequenza è la misura per la ripetizione di un evento. Dato che hai fatto più di una domanda sulla frequenza, lasciami descrivere cosa significa in contesti diversi.

Onda sinusoidale

In questo caso, la frequenza è il numero di picchi positivi (o negativi) nel segnale in un secondo. L'onda sinusoidale è un esempio delle onde associate all'alimentazione CA. Quindi, un'alimentazione CA con frequenza 60Hz significa che l'onda sinusoidale della sua tensione si ripete 60 volte al secondo. Si dice che un segnale DC (non cambia nel tempo) ha una frequenza di 0 Hz.

L'onda sinusoidale è molto più utile e significativa al di fuori del dominio dell'alimentazione CA. In realtà possiamo classificare i segnali in due parti, cioè periodici (segnali che ripetono alcuni schemi nel tempo) e aperiodici (segnali che non si ripetono nel tempo).

Un'onda sinusoidale è il segnale periodico più fondamentale. Questo perché ha solo una frequenza associata. Possiamo rappresentare tutti i segnali periodici e aperiodici usando una combinazione di onde sinusoidali di frequenze diverse. Un segnale periodico è costituito da una frequenza fondamentale e frequenze armoniche. Ad esempio, un'onda quadra con frequenza di 100Hz in realtà significa che ha una frequenza fondamentale di 100Hz e le frequenze armoniche (sempre numero intero multiplo di freq fondamentale) sono 200Hz, 300Hz, 400Hz ... ecc. Le frequenze associate ai segnali aperiodici richiedono un po 'di più discussione coinvolta, quindi non la includerò qui.

filtri

Un filtro (elettronico) è un dispositivo che letteralmente "filtra" le frequenze. Ad esempio, se un filtro afferma che si tratta di un filtro passa-basso (LPF) con frequenza di taglio di 1 KHz, significa che qualsiasi onda sinusoidale proveniente dal suo ingresso raggiungerà l'uscita se e solo se ha una frequenza inferiore a 1 KHz. Quindi se passiamo un'onda quadra di 10Hz attraverso questo LPF, all'uscita vedremo solo le armoniche dell'onda quadra che sono meno di 1000Hz (100 armoniche).

Se non includiamo tutte (infinite per onda quadra) le armoniche (onde sinusoidali) e le sommiamo insieme alla sinusoide a frequenza fondamentale, non otterremo un'onda quadra. Ma l'onda risultante sarebbe un'approssimazione dell'onda quadra. Quindi, produrre un'onda quadra accurata di qualsiasi frequenza è praticamente impossibile.

Convertitore DC-DC

Penso che questo sia il tuo principale argomento di domanda, come una "cosa" DC possa avere una frequenza. In realtà un convertitore CC-CC utilizza un'onda quadra (essenzialmente un interruttore che si accende e si spegne ripetutamente) per convertire una tensione CC (es. 5 V) in un'altra tensione CC (es. 20 V). Pertanto, la frequenza dell'interruttore utilizzato per eseguire questa funzione (conversione CC-CC) è nota come frequenza del convertitore CC-CC.

Larghezza di banda e frequenza

Torniamo di nuovo al filtro. Abbiamo appena visto cosa fa un LPF. ci sono altri tipi di filtri; filtro passa-alto (HPF), filtro passa-banda (BPF) e molti altri. Pensiamo a BPF. Un BPF ha una proprietà che consente solo le frequenze (onde sinusoidali) che si trovano in un intervallo di valori fisso. Un BPF con frequenze di taglio 100Hz e 5KHz, passerà solo le frequenze in quella banda di gamma. Quindi possiamo dire che la "larghezza di banda" del nostro filtro è (5000 - 100 = 4900 Hz. Anche un LPF può avere una larghezza di banda uguale alla frequenza di taglio stessa.

Larghezza di banda è un termine usato in molti più contesti diversi dai filtri. Una spiegazione più generale e libera è la velocità con cui un dispositivo può funzionare (quindi se quel dispositivo è un filtro, qual è il limite superiore di quel filtro, supponendo che non ci preoccupiamo del limite inferiore).

Frequenza nei computer

So che non l'hai chiesto, ma questo è il posto giusto per trattare anche questo argomento. Cosa significa quando dici che ho un computer a 3 GHz?

Un computer ha una CPU che esegue tutte le operazioni matematiche e logiche utilizzando circuiti digitali. Ogni operazione nella CPU è divisa in una o più istruzioni. Queste istruzioni vengono quindi elaborate in più fasi. ogni fase dell'elaborazione delle istruzioni richiede del tempo e la fase che impiega il tempo massimo decide la frequenza della CPU. quindi se uno stadio della CPU impiega il tempo massimo = 1 ns (secondo nano = 0,000000001 secondi), allora possiamo far funzionare quella CPU a 1 GHz (1/1 ns). Questa è una spiegazione molto semplice di un concetto molto complesso, quindi non è troppo preciso e differisce tra le diverse CPU.

Viviamo in un mare di molecole e atomi, ecc., Quando un'antenna trasmittente crea un'onda di frequenza, in realtà si comporta come un colpo di frusta (semplicemente, NON TECNICAMENTE) in questo mare di atomi e molecole, come un'onda, e quando parliamo di frequenza in un circuito, un filo, con caratteristiche elettriche, di solito intendiamo una corrente alternativa, AC, come indica il nome, si alterna tra positivo e negativo creando così un'onda sinusoidale e può essere chiamata frequenza.

Non c'è molta differenza però con la trasmissione TX, quando generalmente le guardi.

Immagina quando un trasmettitore vuole inviare un segnale, invia un colpo di frusta ondulata, sia omnidirezionale che a forma di ventaglio, penetra in tutto tranne che nei materiali ferrosi, che lo reindirizzano o lo riflettono a seconda del materiale o della frequenza.
Immagina di nuovo il colpo di frusta, se muovi le mani ripetutamente e rapidamente crei un'alta frequenza e se la sposti lentamente, una bassa frequenza.
Guarda il colpo di frusta, una mossa rapida ha un raggio più breve e una mossa lenta ha un raggio più lungo.