ความถี่ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์คืออะไร

สิ่งนี้ลอยอยู่ในใจฉันมาระยะหนึ่งแล้วทุกสิ่งมีความถี่ เช่นเดียวกับตัวแปลง dc-dc ขอบเขตของฉันคือ 100 MHz (ฉันรู้ว่าเป็นแบนด์วิดธ์ แต่มีหน่วยของความถี่) ฉันเข้าใจว่า Astable 555 มีความถี่ซึ่งเป็นเครื่องหมายและเวลาว่างตามค่าของฝาปิดและตัวต้านทาน แล้วคุณมีการใช้ตัวกรองแบนด์ - พาสซึ่งสามารถกรองความถี่ที่แตกต่างกันได้แล้วนี่คืออะไรกัน? กระแสตรงมีความถี่อย่างไร และความสัมพันธ์ระหว่างแบนด์วิดท์และความถี่ตามที่พวกเขามีหน่วยเดียวกัน

ความถี่คือค่าผกผันของเวลาสำหรับการทำซ้ำเหตุการณ์ หากรอบเดียวของไฟหลักของคุณคือ 1/50 ของวินาทีในระยะเวลา (0.02 วินาที) จากนั้นจะมี 50 รอบในหนึ่งวินาที (1 / 0.02) เราบอกว่าความถี่คือ 50 Hz
หน่วยสำหรับความถี่คือเฮิรตซ์ (Hz) 1 Hz เท่ากับ 1 รอบต่อวินาทีชื่อเก่าสำหรับมัน (cps) เป็นหน่วยที่สะดวกแม้เป็นรอบสั้น ๆ ที่เราใช้พร้อมส่วนนำหน้า: MHz, GHz สำหรับรอบที่ยาวกว่า (ใกล้หรือยาวกว่า 1 Hz) บางครั้งเราใช้หน่วยเป็นนาที: อัตราการเต้นของหัวใจที่ 70 ครั้งต่อนาที (BPM), การตั้งค่าเครื่องเมตรอนอมที่ 100 BPM
วงจรที่ยาวกว่านั้นมักแสดงเป็นระยะเวลา (1 / ความถี่)

ทุกระบบมีความถี่ (ช่วง) การเต้นของหัวใจจะอยู่ที่ประมาณ 1-2 Hz และความถี่เรโซแนนซ์ของแทรมโพลีนก็อยู่ในลำดับที่ 1 Hz คลื่นวิทยุมีช่วงความถี่กว้าง ๆ : 30 kHz (สำหรับความยาวคลื่นเท่ากันที่ 10 กม.) คือ VLF (ความถี่ต่ำมาก) ในขณะที่แมกนีตรอนของเตาไมโครเวฟ "ส่ง" ที่ 2.45 GHz และในขณะที่ 30 kHz นั้นต่ำสำหรับวิทยุ แต่ก็เหนือกว่าที่เรารับรู้ทางเสียง

ความถี่ที่สูงขึ้น (แทร็กด้านบนในภาพ) ของสัญญาณจะแสดงบนออสซิลโลสโคปว่าเป็นการซ้ำซ้อนที่เร็วกว่าความถี่ที่ต่ำกว่า (แทร็กล่าง)

"Direct current" (DC) เป็นแรงดันไฟฟ้าคงที่มีความถี่ 0 Hz

แบนด์วิดธ์บ่งชี้ช่วงของความถี่โดยเริ่มจากขีด จำกัด ล่างถึงสูงขึ้น หากขอบเขตของคุณสามารถจัดการสัญญาณจาก DC (0 Hz) สูงสุด 100 MHz แบนด์วิดท์ของมันคือ 100 MHz - 0 Hz = 100 MHz

ความถี่ในความหมายทั่วไปคืออัตราที่บางสิ่งเกิดซ้ำ โดยปกติแล้ววัดเป็น "การทำซ้ำต่อวินาที" หรือเฮิรตซ์ (Hz) นาฬิกาของฉันมีค่าเท่ากับ 1 Hz ฉันรดน้ำสนามหญ้าในอัตรา 0.00000386 เฮิร์ตซ์ และรถของฉันก็กระพริบกระพริบที่ประมาณ 0.5 Hz แค่นั้นแหละ! แน่นอนว่าสิ่งต่าง ๆ มีความซับซ้อนเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่อคุณพิจารณาว่าสิ่งที่เกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำอีก แต่ "ความถี่" นั้นง่ายจริงๆ

ขอบเขตหรือตัวกรองผ่านแถบความถี่มักจะถูกจัดอันดับเป็น Hz และอ้างอิงถึงความถี่ของสัญญาณที่สามารถผ่าน (หรือไม่สามารถ) ผ่านได้ ในบริบทนี้ก็มีการพูดคุยเกี่ยวกับคลื่นไซน์

บางอย่างเช่น 555 หรือวงจรประเภทสัญญาณนาฬิกากำลังพูดถึงความถี่ที่สวิตช์เปลี่ยน

บ่อยครั้งที่คำว่า "DC" ถูกใช้งานในทางที่ผิดดังนั้นอย่าจริงจังเกินไป ส่วนใหญ่แล้วมันหมายถึงแหล่งจ่ายไฟที่ส่งออกแรงดันไฟฟ้าคงที่ แต่มันสามารถอ้างถึงสิ่งที่ส่งสัญญาณที่เป็นเพียงแรงดันไฟฟ้าบวกเท่านั้น หรืออาจอ้างถึงสัญญาณที่เป็นแรงดัน "คงที่ส่วนใหญ่" แต่ถ้าสัญญาณไม่เปลี่ยนแปลงจริง ๆ แล้วมันมีความถี่เป็นศูนย์

แบนด์วิดท์และความถี่มีความสัมพันธ์ - ในแบบที่รถและเบสบอลสัมพันธ์กัน (ทั้งสองวัดเป็นไมล์ต่อชั่วโมง)

ตามที่ระบุไว้ในคำตอบข้างต้นความถี่เป็นตัวชี้วัดสำหรับการเกิดซ้ำของเหตุการณ์ เมื่อคุณถามคำถามเกี่ยวกับความถี่มากกว่าหนึ่งคำถามให้ฉันอธิบายความหมายในบริบทที่แตกต่างกัน

ไซน์เวฟ

ในกรณีนี้ความถี่คือจำนวนของยอดบวก (หรือลบ) ในสัญญาณในหนึ่งวินาที คลื่นไซน์เป็นตัวอย่างของคลื่นที่เกี่ยวข้องกับแหล่งจ่ายไฟ AC ดังนั้นแหล่งจ่ายไฟ AC ที่มีความถี่ 60Hz หมายความว่าคลื่นไซน์ของแรงดันไฟฟ้าทำซ้ำตัวเอง 60 ครั้งต่อวินาที สัญญาณ DC (ไม่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา) ถูกกล่าวว่ามีความถี่ 0 Hz

คลื่นไซน์นั้นมีประโยชน์มากกว่าและมีความหมายนอกโดเมนไฟ AC ที่จริงแล้วเราสามารถจำแนกสัญญาณในสองส่วนคือระยะ (สัญญาณที่ทำซ้ำบางรูปแบบเมื่อเวลาผ่านไป) และ aperiodic (สัญญาณที่ไม่ทำซ้ำในเวลา)

คลื่นไซน์เป็นสัญญาณที่เป็นคาบพื้นฐานที่สุด นั่นเป็นเพราะมันมีความถี่เพียงหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับมัน เราสามารถเป็นตัวแทนของสัญญาณเป็นระยะและ aperiodic ทั้งหมดโดยใช้การรวมกันของคลื่นไซน์ของความถี่ที่แตกต่างกัน สัญญาณเป็นระยะทำจากความถี่พื้นฐานและความถี่ฮาร์มอนิก ตัวอย่างเช่นคลื่นสี่เหลี่ยมที่มีความถี่ 100Hz จริง ๆ แล้วหมายความว่ามันมีความถี่พื้นฐานที่ 100Hz และความถี่ฮาร์มอนิก (จำนวนเต็มพื้นฐานของความถี่พื้นฐานจำนวนเต็มเสมอ) คือ 200Hz, 300Hz, 400Hz ... ฯลฯ ความถี่ที่เกี่ยวข้องกับสัญญาณ aperiodic ต้องการอีกเล็กน้อย การสนทนาที่เกี่ยวข้องดังนั้นฉันจะไม่รวมที่นี่

ฟิลเตอร์

ตัวกรอง (อิเล็กทรอนิกส์) เป็นอุปกรณ์ที่ "กรอง" ความถี่อย่างแท้จริง ตัวอย่างเช่นถ้าตัวกรองบอกว่ามันเป็นตัวกรองความถี่ต่ำ (LPF) ที่มีความถี่การตัดต่ำที่ 1KHz ก็หมายความว่าคลื่นไซน์ใด ๆ ที่เข้ามาที่อินพุตจะถึงเอาต์พุตถ้าหากมีความถี่น้อยกว่า 1 KHz ดังนั้นถ้าเราส่งคลื่นสี่เหลี่ยมที่ 10Hz ผ่าน LPF นี้ที่เอาต์พุตเราจะเห็นฮาร์โมนิกของคลื่นสี่เหลี่ยมซึ่งน้อยกว่า 1,000hz (100 ฮาร์โมนิก)

หากเราไม่รวมฮาร์มอนิกทั้งหมด (อนันต์สแควร์เวฟ) และเพิ่มเข้าด้วยกันด้วยคลื่นไซน์ความถี่พื้นฐานเราจะไม่ได้รับคลื่นสี่เหลี่ยม แต่คลื่นที่เกิดขึ้นจะเป็นการประมาณของคลื่นสี่เหลี่ยม ดังนั้นการสร้างคลื่นสี่เหลี่ยมที่แม่นยำของความถี่ใด ๆ จึงเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ

ตัวแปลง DC-DC

ฉันคิดว่านี่เป็นหัวข้อหลักของคำถามว่า DC "สิ่งของ" สามารถมีความถี่ได้อย่างไร จริงๆแล้วตัวแปลง DC-DC ใช้คลื่นสี่เหลี่ยม (สวิตช์เปิดและปิดซ้ำ ๆ ) เพื่อแปลงแรงดัน DC หนึ่งอัน (เช่น 5V) เป็นแรงดัน DC อีกอัน (เช่น 20 V) ดังนั้นความถี่ของสวิตช์ที่ใช้ในการทำหน้าที่นี้ (การแปลง DC-DC) จึงเป็นความถี่ของตัวแปลง DC-DC

แบนด์วิดธ์และความถี่

ให้เรากลับไปที่ตัวกรองอีกครั้ง เราเพิ่งเห็นว่า LPF ทำอะไร มีตัวกรองประเภทอื่น ฟิลเตอร์กรองความถี่สูง (HPF), ฟิลเตอร์กรองความถี่ (BPF) และอื่น ๆ อีกมากมาย ให้เราคิดถึง BPF BPF มีคุณสมบัติที่อนุญาตเฉพาะความถี่ (คลื่นไซน์) ซึ่งอยู่ในช่วงค่าคงที่ BPF ที่มีความถี่คัตออฟ 100Hz และ 5KHz จะส่งผ่านเฉพาะความถี่ในช่วง -ie band ดังนั้นเราจึงสามารถพูดได้ว่า "แบนด์วิดท์" ของตัวกรองของเราคือ (5,000 - 100 = 4900 Hz) แม้แต่ LPF ก็สามารถมีแบนด์วิดธ์ซึ่งเท่ากับความถี่คัตออฟตัวเอง

แบนด์วิดธ์เป็นคำที่ใช้ในบริบทมากกว่าตัวกรอง คำอธิบายทั่วไปและที่หลวมกว่าคืออุปกรณ์ทำงานได้อย่างรวดเร็วเพียงใด (ดังนั้นหากอุปกรณ์นั้นเป็นตัวกรองสิ่งที่เป็นตัวลัดส่วนบนของตัวกรองนั้นสมมติว่าเราไม่สนใจจุดตัดที่ต่ำกว่า)

ความถี่ในคอมพิวเตอร์

ฉันรู้ว่าคุณไม่ได้ขอสิ่งนี้ แต่นี่เป็นสถานที่ที่เหมาะสมในการครอบคลุมหัวข้อนี้ด้วย เมื่อคุณพูดว่าฉันมีคอมพิวเตอร์ 3 GHz หมายความว่าอย่างไร

คอมพิวเตอร์มี CPU ซึ่งดำเนินการทางคณิตศาสตร์และตรรกะทั้งหมดโดยใช้วงจรดิจิตอล การดำเนินการแต่ละอย่างใน CPU แบ่งออกเป็นหนึ่งคำสั่งหรือมากกว่า คำแนะนำเหล่านี้จะถูกดำเนินการในหลายขั้นตอน แต่ละขั้นตอนในการประมวลผลคำสั่งใช้เวลาและขั้นตอนที่ใช้เวลาสูงสุดตัดสินใจความถี่ของ CPU ดังนั้นหากซีพียูที่ใช้เวลาสูงสุด = 1ns (นาโนวินาที = 0.000000001 วินาที) จากนั้นเราสามารถรัน CPU นั้นที่ 1GHz (1 / 1ns) นี่เป็นคำอธิบายพื้นฐานของแนวคิดที่ซับซ้อนมากดังนั้นจึงไม่แม่นยำเกินไปและแตกต่างกันในซีพียูที่แตกต่างกัน

เราอาศัยอยู่ในทะเลโมเลกุลและอะตอม ฯลฯ เมื่อเสาอากาศเครื่องส่งสัญญาณสร้างคลื่นความถี่จริง ๆ แล้วมันจะเหมือนเหมือนแส้ (ใส่ไม่ใช่เทคนิค) ทะเลของอะตอมและโมเลกุลเช่นคลื่นและเมื่อ เราพูดถึงความถี่ในวงจรลวดที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเรามักจะหมายถึงกระแสทางเลือก AC เป็นชื่อที่บ่งบอกว่ามันสลับกันระหว่างบวกและลบจึงสร้างคลื่นไซน์และสามารถเรียกว่าความถี่

ไม่แตกต่างกันมากนักกับการส่งสัญญาณ TX เมื่อคุณดูพวกเขาโดยทั่วไป

ลองนึกภาพเมื่อเครื่องส่งสัญญาณต้องการส่งสัญญาณมันจะส่งสัญญาณคลื่นวิทยุไม่ว่าจะเป็นทิศทางรอบทิศทางหรือรูปทรงของพัดลมมันแทรกซึมทุกอย่างยกเว้นวัสดุเหล็กซึ่งเปลี่ยนเส้นทางหรือสะท้อนขึ้นอยู่กับวัสดุหรือความถี่
ลองนึกภาพ whiplash อีกครั้งถ้าคุณขยับมือของคุณซ้ำ ๆ และอย่างรวดเร็วคุณจะสร้างความถี่สูงและหากคุณเคลื่อนที่ช้าๆความถี่ต่ำ
ดูที่ whiplash การเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วมีระยะสั้นกว่าและการเคลื่อนที่ช้าจะมีระยะยาวขึ้น