什么是电子产品中的频率?

电器工程 频率
2022-02-04 15:24:34

这已经在我脑海中飘荡了一段时间,一切都有一个频率。就像一个 dc-dc 转换器,我的示波器是 100 MHz(我知道这是一个带宽,但它有频率单位)。我知道 Astable 555 的频率是基于电容和电阻值的标记和空间时间。然后你使用了带通滤波器,它可以过滤不同的频率,这到底是怎么回事?直流电是怎么有频率的?并且带宽和频率的关系因为它们具有相同的单位。

4个回答

频率,在一般意义上,是某事重复的速率。通常以“每秒重复次数”或赫兹 (Hz) 来衡量。我的手表以 1 Hz 的频率滴答作响。我以 0.00000386 Hz 的频率给草坪浇水。我的汽车闪光灯以大约 0.5 Hz 的频率闪烁。而已!当然,当您考虑到底是什么重复时,事情会变得更加复杂。但“频率”真的就是这么简单。

示波器或带通滤波器通常以赫兹为单位,指的是可以(或不能)通过它的信号的频率。在这种情况下,它正在谈论正弦波

像 555 或其他时钟信号类型电路之类的东西是在谈论信号切换的频率。

“DC”这个词经常被滥用,所以不要太认真。大多数时候它是指输出稳定电压的电源。但它也可以指任何输出仅是正电压的信号的东西。或者,它可以指的是“基本恒定”电压的信号。但是,如果信号真的没有变化,那么它的频率为零。

带宽和频率确实有关系——就像汽车和棒球之间的关系一样(它们都以每小时英里数为单位)。

频率是重复事件的时间倒数。如果您的电源的单个周期持续时间为 1/50 秒(0.02 秒),那么一秒内将有 50 个周期(1 / 0.02)。我们说频率是 50 Hz。
频率的单位是赫兹 (Hz)。1 Hz 等于每秒 1 个周期,它的旧名称 (cps)。即使对于我们使用的非常短的周期,它也是一个方便的单位,前缀为:MHz,GHz。对于较长的周期(接近或超过 1 Hz),我们有时使用分钟作为单位:心率为每分钟 70 次 (BPM),节拍器设置为 100 BPM。
更长的周期通常表示为一段时间(1 / 频率)。

每个系统都有其典型(范围)频率。心跳在1-2赫兹左右,蹦床的共振频率也在1赫兹左右。无线电波的频率范围很广:30 kHz(对应于 10 km 的波长)是 VLF(非常低的频率),而微波炉的磁控管以 2.45 GHz “传输”。虽然 30 kHz 对于无线电来说很低,但它已经远远超出了我们在声学上所能感知的范围。

信号的较高频率(图片中的顶部轨道)将在示波器上显示为比较低频率(底部轨道)更快的重复。

不同的频率

作为恒定电压的“直流电”(DC)的频率为 0 Hz。

带宽表示频率范围,从下限到上限。如果您的示波器可以处理 DC (0 Hz) 至 100 MHz 的信号,则其带宽为 100 MHz - 0 Hz = 100 MHz。

正如上面答案中所述,频率是事件重复的度量。当你问了不止一个关于频率的问题时,让我描述一下它在不同情况下的含义。

正弦波

在这种情况下,频率是一秒内信号中正(或负)峰值的数量。正弦波是与交流电源相关的波的一个示例。因此,频率为 60Hz 的交流电源意味着其电压的正弦波每秒重复 60 次。直流信号(它不随时间变化)据说具有 0 Hz 的频率。

正弦波在交流电源域之外更有用和更有意义。实际上,我们可以将信号分为两部分,即周期性(随时间重复某种模式的信号)和非周期性(不及时重复的信号)。

正弦波是最基本的周期信号。那是因为它只有一个与之相关的频率。我们可以使用不同频率的正弦波的某种组合来表示所有周期性和非周期性信号。周期信号由基频和谐波频率组成。例如,频率为 100Hz 的方波实际上意味着它的基频为 100Hz,谐波频率(总是基频的整数倍)为 200Hz、300Hz、400Hz 等。与非周期信号相关的频率需要更多涉及的讨论,所以我不会在这里包括它。

过滤器

(电子)滤波器是一种从字面上“过滤”频率的设备。例如,如果一个滤波器说它是一个截止频率为 1KHz 的低通滤波器 (LPF),这意味着当且仅当它的频率小于 1KHz 时,任何进入其输入端的正弦波都会到达输出端。因此,如果我们通过这个 LPF 传递一个 10Hz 的方波,在输出端我们只会看到小于 1000Hz(100 个谐波)的方波谐波。

如果我们不包括所有(方波无限)谐波(正弦波)并将它们与基频正弦波相加,我们将不会得到方波。但是,产生的波将是方波的近似值。因此,几乎不可能产生任何频率的精确方波。

DC-DC转换器

我认为这是您的主要问题,DC“事物”如何具有频率。实际上,DC-DC 转换器使用方波(本质上是一个反复打开和关闭的开关)将一个直流电压(例如 5V)转换为另一个直流电压(例如 20 V)。因此,用于执行此功能(DC-DC 转换)的开关频率称为 DC-DC 转换器的频率。

带宽和频率

让我们再次回到过滤器。我们刚刚看到了 LPF 的作用。还有其他类型的过滤器;高通滤波器 (HPF)、带通滤波器 (BPF) 等等。让我们考虑一下 BPF。BPF 具有一个特性,即它只允许处于固定值范围内的频率(正弦波)。截止频率为 100Hz 和 5KHz 的 BPF 将仅通过该范围内的频率 - 即频带。所以我们可以说我们滤波器的“带宽”是(5000 - 100 = 4900 Hz。即使是 LPF 也可以具有等于截止频率本身的带宽。

带宽是在过滤器以外的更多上下文中使用的术语。更一般和松散的解释是设备可以工作多快(因此,如果该设备是过滤器,则该过滤器的上截止是什么,假设我们不关心下截止)。

计算机中的频率

我知道你没有要求这个,但这也是讨论这个话题的正确地方。你说我有一台 3 GHz 的电脑是什么意思?

计算机有一个 CPU,它使用数字电路执行所有数学和逻辑运算。CPU 中的每个操作都分为一条或多条指令。然后将这些指令处理成多个阶段。指令处理的每个阶段都需要一些时间,而花费时间最长的阶段决定了 CPU 的频率。因此,如果一个 CPU 阶段花费的最大时间 = 1ns(纳秒 = 0.000000001 秒),那么我们可以以 1GHz(1 / 1ns)运行该 CPU。这是对一个非常复杂的概念的一个非常基本的解释,因此它不是太准确,并且在不同的 CPU 之间存在差异。

我们生活在分子和原子等的海洋中,当发射器天线产生频率波时,它实际上对这个原子和分子的海洋就像一个波一样(简单地说,不是技术上的鞭打),当我们谈论电路中的频率,电线,具有电气特性,我们通常指的是交流电,AC,顾名思义,它在正负之间交替,从而产生正弦波,可以称为频率。

当您通常查看它们时,尽管与 TX 传输没有太大区别。

想象一下,当一个发射器想要发送一个信号时,它会发出一个挥动的鞭打,无论是全向还是扇形,它会穿透除铁质材料之外的所有东西,它会根据材料或频率重定向或反射信号。
再想象一下鞭打,如果你反复快速地移动你的手,你会产生一个高频,如果你慢慢地移动它,一个低频。
看鞭笞,快的动作范围更短,慢动作的范围更远。