电子学中的频率是什么?


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这已经浮现在我脑海了,一切都有频率。像DC-DC转换器一样,我的范围是100 MHz(我知道这是带宽,但它具有频率单位)。我了解到,Astable 555的频率是基于电容和电阻值的标记和时空。然后,您可以使用带通滤波器,该滤波器可以滤除不同的频率,这是怎么回事?直流电如何产生频率?并且带宽和频率之间的关系因为它们具有相同的单位。


直流电可以有一个频率,因为它不是无限远地开始的,而且不会无限长地持续到未来。它可能只经历过一个周期,但更有可能在其有效的“生命周期”中经历多个开关周期。该频率可能是随机的,也可能是很规律的(每天打开电源,每晚关闭电源)。从一个角度看,可以认为它具有1 /无限Hz的频率。
TDHofstetter 2014年

Answers:


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频率是重复事件的时间倒数。如果市电的一个周期为持续时间(0.02秒)的1/50秒,则一秒钟会有50个周期(1 / 0.02)。我们说频率是50 Hz。
频率单位为赫兹(Hz)。1 Hz等于每秒1个周期,这是它的旧名称(cps)。这是一个方便的单位,即使我们使用的周期很短,其前缀也为:MHz,GHz。对于更长的周期(接近或大于1 Hz),有时我们以分钟为单位:心律为70次/分钟(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的(范围)频率。心跳约为1-2 Hz,蹦床的共振频率也约为1 Hz。无线电波的频率范围很广:30 kHz(对于10 km的相应波长)是VLF(非常低频),而微波炉的磁控管以2.45 GHz的频率“发射”。虽然无线电的30 kHz频率很低,但它已经远远超出了我们的听觉范围。

信号的较高频率(图片中的顶部轨迹)将在示波器上显示为比较低频率(底部轨迹)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高达100 MHz的DC(0 Hz)信号,则其带宽为100 MHz-0 Hz = 100 MHz。


那么,如果DC为0Hz,那么怎么能通电呢?如果其他所有东西都有电谐振,但没有直流电?
Piotr Kula

@ppumkin-在交流电中,电流来回流动,并且改变方向的次数就是频率。在直流电中,电流沿一个方向连续流动。
stevenvh 2011年

可以有0Hz的无线电波吗?
Piotr Kula

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@ppumkin-不。您的天线在周围形成一个电容器,一旦电容器(很快)充电,电流就会停止流动,就像您要为普通电容器充电一样。您需要交流电以保持电流从天线流出,就像需要交流电以使电流流过电容器一样。
stevenvh

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@ppumkin-不用担心,没有人真正知道什么是电!我们可以发电,制造电器,模拟电子产品等,但实际上电荷是什么都不为人知。:-)
stevenvh 2011年

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从一般意义上讲,频率是重复出现的频率。通常以“每秒重复数”或赫兹(Hz)为单位。我的手表以1 Hz滴答作响。我以0.00000386 Hz的频率给草坪浇水。我的汽车方向灯以0.5 Hz的频率闪烁。而已!当然,当您考虑重复的内容时,事情会变得有些复杂。但是“频率”确实就是这么简单。

示波器或带通滤波器通常以Hz为单位,是指可以(或不能)通过的信号的频率。在这种情况下,它是指正弦波

诸如555或其他时钟信号类型的电路之类的东西正在谈论信号切换的频率。

“ DC”一词经常被滥用,因此请不要太在意。大多数情况下,它指的是输出稳定电压的电源。但是它也可以指任何仅输出正电压信号的信号。或者,它可以指的是“几乎恒定”电压的信号。但是,如果信号真正不变,则其频率为零。

带宽和频率确实有关系-在很大程度上与汽车和棒球相关(它们都以每小时英里数来衡量)。


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哇,我真的认为这将比这复杂得多。这可能就是为什么我发现很难直接获得电子学定义的原因。
Dean

@Dean-通过将各种频率和幅度的正弦和余弦求和,几乎可以生成任何波形。带宽是信号中的最高频率减去最低频率(例如,f1 = 10 Hz,f2 = 100 Hz,B = f2-f1 = 90 Hz)。放大器或滤波器的带宽通常由3 dB频率(半功率点)定义
Eryk Sun

@eryksun-我会说“任何重复波形”,而不是“几乎任何波形”。
stevenvh 2011年

@stevenvh和@eryksun:这有点超出了此问题的范围,但是Google进行了“加法合成”。通过将一堆正弦波加在一起来创建任意波形的方法。该链接很好:soundonsound.com/sos/jun00/articles/synthsec.htm 确保确保阅读该页面末尾的“现在让我们变得嘈杂”部分。

@stevenh-的确,我对“产生的”一词的使用意味着数量有限的正弦曲线具有非无限小幅度。相反,非周期性波形具有连续频谱。我实际上是在考虑缺乏傅立叶变换的病理功能的可能性,不是我能想到一个示例,甚至不知道如何构建一个示例。
Eryk Sun

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如上面的回答所述,频率是事件重复的量度。当您问了多个关于频率的问题时,让我描述一下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会重复60次。直流信号(它不会随时间变化)的频率据说为0 Hz。

正弦波在交流电源域之外更为有用和有意义。实际上,我们可以将信号分为两个部分:周期性(随时间重复某种模式的信号)和非周期性(不随时间重复的信号)。

正弦波是最基本的周期性信号。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和非周期信号。周期信号由基频和谐波频率组成。例如,频率为100Hz的方波实际上表示其基频为100Hz,谐波频率(基频的整数倍)分别为200Hz,300Hz,400Hz等。与非周期性信号相关的频率需要更多一点涉及讨论,因此在此不再赘述。

筛选器

(电子)滤波器是从字面上“滤波”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),则意味着当且仅当它的频率小于1 KHz时,任何进入其输入的正弦波才可以到达输出。因此,如果我们通过此LPF传递10Hz的方波,则在输出端我们只会看到方波的谐波,该谐波小于1000hz(100个谐波)。

如果我们不包括所有谐波(对于方波是无限的),并且将谐波(正弦波)与基频正弦波相加,则不会得到方波。但是,所得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(实际上是反复开关的开关)将一个DC电压(例如5V)转换为另一个DC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的功能。还有其他类型的过滤器;高通滤波器(HPF),带通滤波器(BPF)等。让我们考虑一下BPF。BPF具有一个属性,它仅允许在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。因此,我们可以说滤波器的“带宽”为(5000-100 = 4900 Hz。即使是LPF,带宽也可以等于截止频率本身。

带宽是除过滤器以外在更多上下文中使用的术语。更为笼统和宽松的解释是设备的运行速度(因此,如果该设备是一个滤波器,则假设我们不关心它的下限,那么该滤波器的上限是多少?)。

电脑频率

我知道您没有要求这样做,但这也是覆盖此主题的合适位置。当您说我有一台3 GHz计算机时,这是什么意思?

计算机具有CPU,该CPU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个或多个指令。然后将这些指令分为多个阶段。指令处理的每个阶段都需要一些时间,而占用最大时间的阶段则决定了CPU的频率。因此,如果占用最大时间的CPU阶段= 1ns(纳秒= 0.000000001秒),那么我们可以以1GHz(1 / 1ns)运行该CPU。这是一个非常复杂的概念的非常基本的解释,因此它不太准确,并且在不同的CPU上有所不同。


“例如,如果一个滤波器说它是截止频率为1KHz的低通滤波器(LPF),则意味着当且仅当它的频率小于1 KHz时,任何进入其输入的正弦波才能到达输出。”
2014年

应当注意,该陈述不适用于实际的滤波器电路。常见的误解是滤波器会“滤除”(理想地抑制)某些频率分量。那不是真的。在提到的示例中,1 kHz的频率将衰减3 dB-较高的频率也会通过低通,但衰减取决于滤波器的阶数(n * 20 dB / dec)。
2014年

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我们生活在一个由分子和原子等构成的海洋中,当发射天线产生频率波时,它实际上像鞭子一样(简单地说,不是从技术上讲)对这波原子和分子构成的海洋,当我们谈论具有电气特性的电路(电线)中的频率时,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。

一般而言,与TX传输并没有太大区别。

想象一下,当一个发射器想要发送信号时,它会发出挥舞着的鞭子,无论是全向还是扇形,它都能穿透除铁类材料以外的所有东西,铁质材料会根据材料或频率进行重定向或反射。
再次想象一下鞭子,如果您反复快速地移动手,则会产生一个高频,而如果您缓慢地移动它,则会产生一个低频。
看一下鞭子,快速移动的范围较短,而慢速的移动范围较大。


请查看其他答案以及有关电物理的一些入门教科书。基本上,每个句子中都有严重的误解。
DerManu 2014年
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