Tần số trong điện tử là gì?

Điều này đã trôi nổi trong tâm trí tôi một thời gian, mọi thứ đều có tần số. Giống như bộ chuyển đổi dc-dc, phạm vi của tôi là 100 MHz (tôi biết đó là băng thông nhưng nó có đơn vị tần số). Tôi hiểu rằng Astable 555 có tần số là thời gian đánh dấu và không gian dựa trên các giá trị của nắp và điện trở. Và sau đó bạn có việc sử dụng bộ lọc thông dải có thể lọc các tần số khác nhau, vậy đây là gì? Làm thế nào để một dòng điện trực tiếp có một tần số? Và mối quan hệ giữa băng thông và tần số vì chúng có cùng đơn vị.

Tần suất là nghịch đảo của thời gian để lặp lại các sự kiện. Nếu một chu kỳ chính của bạn là 1/50 giây trong thời gian (0,02 giây), thì sẽ có 50 chu kỳ trong một giây (1 / 0,02). Chúng tôi nói tần số là 50 Hz.
Đơn vị cho tần số là Hertz (Hz). 1 Hz bằng 1 chu kỳ mỗi giây, một tên cũ hơn cho nó (cps). Đây là một đơn vị thuận tiện, ngay cả đối với các chu kỳ rất ngắn mà chúng tôi sử dụng, với tiền tố: MHz, GHz. Đối với các chu kỳ dài hơn (gần hoặc dài hơn 1 Hz), đôi khi chúng tôi sử dụng phút là đơn vị: nhịp tim 70 nhịp mỗi phút (BPM), cài đặt nhịp của 100 BPM.
Các chu kỳ dài hơn thường được biểu thị dưới dạng một khoảng thời gian (1 / tần số).

Mỗi hệ thống có tần số (phạm vi) điển hình của nó. Nhịp tim sẽ vào khoảng 1-2 Hz và tần số cộng hưởng của tấm bạt lò xo cũng theo thứ tự 1 Hz. Sóng vô tuyến có dải tần số rộng: 30 kHz (cho bước sóng tương ứng 10 km) là VLF (tần số rất thấp), trong khi từ tính của lò vi sóng "truyền" ở tốc độ 2,45 GHz. Và trong khi 30 kHz là thấp đối với radio, nó đã vượt xa những gì chúng ta có thể cảm nhận được.

Tần số cao hơn (rãnh trên cùng trong hình) của tín hiệu sẽ được hiển thị trên máy hiện sóng dưới dạng lặp lại nhanh hơn tần số thấp hơn (rãnh dưới).

"Dòng điện trực tiếp" (DC) dưới dạng điện áp không đổi có tần số 0 Hz.

Băng thông chỉ ra một dải tần số, đi từ giới hạn dưới lên cao hơn. Nếu phạm vi của bạn có thể xử lý tín hiệu từ DC (0 Hz) lên đến 100 MHz, băng thông của nó là 100 MHz - 0 Hz = 100 MHz.

Tần số, theo nghĩa chung, là tốc độ mà một cái gì đó lặp lại. Thường được đo bằng "số lần lặp lại mỗi giây" hoặc Hertz (Hz). Đồng hồ của tôi tích tắc ở 1 Hz. Tôi tưới cỏ ở tốc độ 0,00000386 Hz. Và chiếc xe của tôi nhấp nháy ở khoảng 0,5 Hz. Đó là nó! Tất nhiên mọi thứ trở nên phức tạp hơn một chút khi bạn xem xét chính xác những gì đang lặp lại. Nhưng "tần số" thực sự là đơn giản.

Một bộ lọc phạm vi hoặc bộ lọc thông dải, thường được xếp hạng bằng Hz và đề cập đến tần số của tín hiệu có thể (hoặc không thể) đi qua nó. Trong bối cảnh này, nó đang nói về một làn sóng hình sin .

Một cái gì đó giống như mạch 555, hoặc mạch tín hiệu đồng hồ khác, đang nói về tần suất chuyển đổi tín hiệu.

Thuật ngữ "DC" thường bị lạm dụng, vì vậy đừng quá coi trọng nó. Hầu hết thời gian nó đề cập đến một nguồn cung cấp năng lượng đầu ra điện áp ổn định. Nhưng nó cũng có thể đề cập đến bất cứ điều gì phát ra tín hiệu chỉ là điện áp dương. Hoặc, nó có thể đề cập đến một tín hiệu là điện áp "hầu như không đổi". Nhưng, nếu tín hiệu thực sự không thay đổi thì nó có tần số bằng không.

Băng thông và tần số làm có một relationship-- trong nhiều cách mà một chiếc xe và một quả bóng chày có liên quan (họ đều đo bằng dặm một giờ).

Như đã nêu trong câu trả lời ở trên, tần số là thước đo cho sự lặp lại của một sự kiện. Khi bạn hỏi nhiều hơn một câu hỏi về tần suất, hãy để tôi mô tả ý nghĩa của nó trong các bối cảnh khác nhau.

Sóng hình sin

Trong trường hợp này, tần số là số cực đại dương (hoặc âm) trong tín hiệu trong một giây. Sóng hình sin là một ví dụ về sóng liên quan đến nguồn điện xoay chiều. Vì vậy, nguồn cung cấp AC có tần số 60Hz có nghĩa là sóng hình sin của điện áp lặp lại 60 lần mỗi giây. Tín hiệu DC (nó không thay đổi theo thời gian) được cho là có tần số 0 Hz.

Sóng hình sin hữu ích và ý nghĩa hơn rất nhiều ngoài miền nguồn AC. Trên thực tế, chúng ta có thể phân loại tín hiệu theo hai phần là định kỳ (tín hiệu lặp lại một số mẫu theo thời gian) và định kỳ (tín hiệu không lặp lại theo thời gian).

Một sóng hình sin là tín hiệu định kỳ cơ bản nhất. Đó là bởi vì nó chỉ có một tần số liên quan đến nó. Chúng ta có thể biểu diễn tất cả các tín hiệu định kỳ và định kỳ bằng cách sử dụng một số kết hợp sóng hình sin có tần số khác nhau. Một tín hiệu định kỳ được tạo thành từ tần số cơ bản và tần số hài. Ví dụ, sóng vuông có tần số 100Hz thực sự có nghĩa là nó có tần số cơ bản là 100Hz và tần số hài (luôn là bội số nguyên của tần số cơ bản) là 200Hz, 300Hz, 400Hz ... vv Các tần số liên quan đến tín hiệu định kỳ đòi hỏi nhiều hơn một chút tham gia thảo luận, vì vậy tôi sẽ không bao gồm nó ở đây.

Bộ lọc

Bộ lọc (điện tử) là một thiết bị có nghĩa đen là "bộ lọc" tần số. Ví dụ: nếu bộ lọc cho biết đó là bộ lọc thông thấp (LPF) với tần số cắt là 1KHz, điều đó có nghĩa là mọi sóng hình sin đến ở đầu vào của nó sẽ đạt đến đầu ra nếu và chỉ khi nó có tần số nhỏ hơn 1 KHz. Vì vậy, nếu chúng ta truyền sóng vuông 10Hz qua LPF này, ở đầu ra, chúng ta sẽ chỉ thấy sóng hài của sóng vuông nhỏ hơn 1000hz (100 sóng hài).

Nếu chúng ta không bao gồm tất cả (vô hạn cho sóng vuông) thì sóng hài (sóng hình sin) và cộng chúng với sóng hình sin tần số cơ bản, chúng ta sẽ không có được sóng vuông. Nhưng, sóng kết quả sẽ là một xấp xỉ của sóng vuông. Vì vậy, việc tạo ra một sóng vuông chính xác với bất kỳ tần số nào thực tế là không thể.

Bộ chuyển đổi DC / DC

Tôi nghĩ đây là chủ đề chính của câu hỏi của bạn, làm thế nào một "thứ" DC có thể có tần số. Trên thực tế, bộ chuyển đổi DC-DC sử dụng sóng vuông (về cơ bản là công tắc bật và tắt liên tục) để chuyển đổi một điện áp DC (ví dụ 5V) sang điện áp DC khác (ví dụ 20 V). Vì vậy, tần số của công tắc được sử dụng để thực hiện chức năng này (chuyển đổi DC-DC) được gọi là tần số của bộ chuyển đổi DC-DC.

Băng thông và tần số

Hãy để chúng tôi trở lại bộ lọc một lần nữa. Chúng tôi chỉ thấy những gì LPF làm. Có các loại bộ lọc khác; bộ lọc thông cao (HPF), bộ lọc thông dải (BPF) và nhiều bộ lọc khác. Hãy để chúng tôi suy nghĩ về BPF. Một BPF có một thuộc tính chỉ cho phép các tần số (sóng hình sin) nằm trong một phạm vi giá trị cố định. Một BPF có tần số cắt 100Hz và 5KHz, sẽ chỉ vượt qua các tần số trong dải tần đó. Vì vậy, chúng tôi có thể nói rằng "băng thông" của bộ lọc của chúng tôi là (5000 - 100 = 4900 Hz. Ngay cả LPF cũng có thể có băng thông bằng chính tần số cắt.

Băng thông là một thuật ngữ được sử dụng trong nhiều ngữ cảnh khác với các bộ lọc. Một lời giải thích tổng quát và lỏng lẻo hơn là thiết bị có thể hoạt động nhanh như thế nào (vì vậy nếu thiết bị đó là bộ lọc thì mức cắt trên của bộ lọc đó là bao nhiêu, giả sử chúng ta không quan tâm đến mức cắt dưới).

Tần số trong máy tính

Tôi biết bạn không yêu cầu điều này, nhưng đây cũng là một nơi thích hợp để đề cập đến chủ đề này. Điều đó có nghĩa là gì khi bạn nói tôi có máy tính 3 GHz?

Một máy tính có CPU thực hiện tất cả các hoạt động toán học và logic bằng các mạch kỹ thuật số. Mỗi hoạt động trong CPU được chia thành một hoặc nhiều hướng dẫn. Các hướng dẫn này sau đó được xử lý thành nhiều giai đoạn. mỗi giai đoạn trong xử lý lệnh mất một thời gian và giai đoạn mất thời gian tối đa quyết định tần số của CPU. vì vậy nếu một giai đoạn CPU mất thời gian tối đa = 1ns (nano giây = 0,000000001 giây), thì chúng ta có thể chạy CPU đó với tốc độ 1GHz (1/1ns). Đây là một lời giải thích rất cơ bản về một khái niệm rất phức tạp, vì vậy nó không quá chính xác và khác nhau giữa các CPU khác nhau.

Chúng ta đang sống trong một biển các phân tử và nguyên tử, v.v., khi ăng-ten máy phát tạo ra sóng tần số, nó thực sự giống như một đòn roi (đơn giản là, KHÔNG KỸ THUẬT) đối với biển nguyên tử và phân tử này, như sóng, và khi chúng ta nói về tần số trong mạch, dây, với các đặc tính điện, chúng ta thường có nghĩa là Dòng điện thay thế, như tên gọi, nó xen kẽ giữa dương và âm do đó tạo ra sóng hình sin và có thể được gọi là tần số.

Không có nhiều khác biệt mặc dù với truyền TX, khi bạn thường nhìn vào chúng.

Hãy tưởng tượng khi một máy phát muốn gửi tín hiệu, nó sẽ gửi một tiếng rít vẫy dù là hướng đa hướng hay hình quạt, nó thâm nhập vào mọi thứ trừ vật liệu kim loại, chuyển hướng hoặc phản xạ tùy thuộc vào vật liệu hoặc tần số.
Hãy tưởng tượng lại whiplash, nếu bạn di chuyển tay liên tục và nhanh chóng bạn tạo ra một tần số cao, và nếu bạn di chuyển chậm, tần số thấp.
Nhìn vào whiplash, di chuyển nhanh có phạm vi ngắn hơn và di chuyển chậm có phạm vi dài hơn.