直流频率为零赫兹吗?

电器工程 当前的 直流 频率
2022-01-24 03:55:35

我们知道直流电的频率为零。原因是没有重复的模式。

但是当我注意到时,我愣了,为什么不能将那条直线切成小块,我们可以将其视为无限频率吗?我在下面添加了一张图片作为示例

在此处输入图像描述

如您所见,使用 dc,该直线可以分为无限小的模式/循环,因为循环可以看作是一遍又一遍地重复的线。

4个回答

非常聪明,但这不是它的工作原理。

根据您的推理,您不仅应该能够使频率无限大,而且应该能够同时使用相同的信号使频率达到 4 Hz、100 Hz 或 \$\sqrt{2}\$ Hz。这就是你不能这样做的原因:重复信号只能有 1 个基频,即 1/周期。

这与取 4 Hz 正弦的 2 个周期并说那是周期相同,因为它也会重复,然后信号将是 2 Hz。不能同时为 2 Hz 和 4 Hz。

是的,您可以将无限线视为某个任意波长的重复段以获得周期性信号。然而,这个时期内的函数是一个平零。因此,如果我们查看这个周期信号的频域,我们会发现它的基波没有幅度,也没有任何谐波。它们都为零。如果你愿意,你可以假装信号是某个频率的,任何你喜欢的频率,但幅度为零。

以特定速率 N 对任何输入波形进行采样将产生一个结果,即任何频率分量 f 的幅度将是所有整数 k 的所有频率分量 kN+f 和 kN-f 的幅度之和。因此,当以速率 N 采样时,DC 分量将无法与频率 (2k+1)N/2 的 AC 分量区分开来。请注意,如果在比率不是有理数(例如 1.0 和 π)的频率下对信号进行两次采样,则第一个样本本身将无法区分 DC 和 1.0Hz 的整数倍,而第二个样本可能无法区分区分 DC 和 πHz 的整数倍。由于作为 1.0Hz 和 πHz 整数倍的唯一“频率”是 0,因此除了 DC 之外没有什么可以在两个样本上产生恒定电压。

频率是事件在一定时间内重复的频率。1赫兹的频率意味着每秒发生一次事情。为了发展对真正高频和真正低频的直觉,只需考虑\$\cos(2\pi ft)\$对于不同\$f\$值的图表。

连续周期信号的频率很大时,您会看到一个非常尖的图形,因为\$f \rightarrow \infty\$图形似乎扫描了整个区域。

高频

余弦(40x)

余弦(80x)

如您所见,高频似乎与 DC 没有任何关系,这完全相反。

当涉及到越来越低的频率时,\$\cos\$函数会变平,在它开始重复之前需要越来越长的时间。因此,当需要\$T = \infty\$时间来重复时,函数将始终保持恒定值是有道理的。

低频

低缩小

您可以自己尝试一下,看看它的外观。

这就是为什么我认为说直流电流的频率为\$0\$和时间段为\$\infty\$是正确的原因。所以基本上直流信号永远不会重复,它需要永远重复。

当您发现信号\$f(t) = 1\$的傅立叶变换是以\$0\$为中心的狄拉克增量函数时,这将进一步协作这意味着几乎所有的频率幅度都集中在\$0\$之上。

正式地,

$$\mathcal{F}[f(t)] = \mathcal{F}[1] = F(\omega) = \delta(\omega)$$

你可以在这里找到证明


现在我上面所说的是一种“构造”直流信号的方法。我们也可以按照你说的做,观察信号实际上在任何时间段\$k\$都是周期性的,我们可以说\$f(t) = 1\$每\$k\$重复一次,并且模式正在重复的是一条平行于 x 轴的长度为 \$k\$的直线。

但是就像正弦波每\$2\pi, 4\pi, 6\pi, \cdots\$重复一次一样,我们仍然说它的时间段是\$2\ pi \$因为这是功能重复。这是因为我们只需要知道\$\sin\$在那个时间段内的行为,以便能够在所有时间里完整地描述它。

所以在这个函数\$f(t)\$的情况下,我们需要选择一个任意接近零的\$k\$来找到可以完整描述函数的最小周期和这个周期是基本期基频定义为其倒数。

如果我们以这种方式概念化 DC 信号,我们会发现\$T \rightarrow 0\$\$f \rightarrow \infty\$但这不是考虑直流信号的有用方法,因为正如@kaz 所说,每个频率都将具有\$0\$幅度。要了解原因,请考虑查看傅立叶变换的视觉方式,并注意直流信号在缠绕时将是一个圆圈,并且无论您旋转多少质心都将始终保持为零。

因此,总而言之,我们可以将直流信号视为由线段构成,但在这种情况下,我们必须将频率幅度分布在无限的频率范围内,导致没有频率具有任何非零幅度。