Co je to frekvence?

Představte si, že se snažíte opravit autíčko na dálkové ovládání svého dítěte. Má poruchu, jede dobře dopředu a pak najednou bezdůvodně couvá. Zkontrolovali jste baterie a jsou v pořádku. Tak ho otevřete a doufáte, že najdete uvolněný drát. Máte svůj spolehlivý multimetr a malý osciloskop, který jste si půjčili od kamaráda. Šťouráte se v něm, kontrolujete spoje a pak připevníte sondy osciloskopu na řídicí obvod motoru. Očekáváte, že po stisknutí tlačítka vpřed uvidíte pěknou, čistou čtvercovou vlnu. Místo toho se na obrazovce objeví podivný, kolísavý, téměř srdeční tep. Vůbec to není stálý signál zapnuto/vypnuto, který jste očekávali. A to je frekvence.

Frekvence je základním pojmem v elektronice. Je nezbytná pro pochopení fungování obvodů, řešení problémů, navrhování nových obvodů a zajištění bezpečnosti. Zvládnete-li frekvenci, budete schopni pracovat s elektronickými systémy efektivněji a účinněji.

Pochopení frekvence je naprosto zásadní pro každého, kdo pracuje s elektronikou, a zejména při používání nástrojů, jako jsou osciloskopy a multimetry. Zde se dozvíte více o tom, co je to frekvence.

1. Co je to frekvence?

Frekvence je v podstatě to, jak často se něco děje v určitém časovém období. Odkazuje na počet výskytů opakující se události za jednotku času. V kontextu elektrických signálů popisuje, jak často se průběh (například sinusovka, čtvercová vlna nebo jiný periodický signál) opakuje během jedné sekundy.

Představte si, kolikrát se událost opakuje v daném časovém úseku, obvykle v jedné sekundě. Frekvenci měříme v hertzech (Hz).

Zde je několik příkladů, které vám pomohou porozumět:

• Blikající světlo: Představte si žárovku, která bliká a zhasíná. Pokud blikne jednou za sekundu, říkáme, že má frekvenci 1 Hz. Pokud každou sekundu blikne pětkrát, má frekvenci 5 Hz.
• Kytarová struna: Když drnkáte na kytarovou strunu, vibruje tam a zpět. Pokud se rozkmitá 440krát za sekundu, vznikne hudební tón o frekvenci 440 Hz.
• Tlukot srdce: Vaše srdce bije pravidelně. Pokud bije 60krát za minutu, odpovídá to zhruba 1 úderu za sekundu, takže jeho frekvence je přibližně 1 Hz.

Frekvence nám v podstatě říká, jak moc se něco opakuje. Čím vyšší je frekvence, tím častěji se daná událost vyskytuje.

Pojďme si sinusoidu a frekvenci rozebrat pomocí názorných ukázek:

1). Sinusoida (obrázek níže je z https://reviseomatic.org/)

sinusoida s vrcholy, dolními hodnotami a jedním úplným cyklem označeným jako

*  Vrcholy: Nejvyšší body vlny.

* Žlaby: Nejnižší body vlny.

* Cyklus: Jedno úplné opakování vlnového vzoru.

2). Frekvence

Frekvence je počet cyklů, které proběhnou za jednu sekundu. Měří se v hertzech (Hz).

• Příklad: Pokud výše uvedená sinusovka vykoná každou sekundu jeden cyklus, je její frekvence 1 Hz.

3).Jak frekvence ovlivňuje průběh vlny

(Tento obrázek pochází z https://www.cs.csustan.edu/)

tři sinusové vlny s různými frekvencemi: nízká frekvence, střední frekvence, vysoká frekvence.

* Nízká frekvence: Vlna má méně cyklů za sekundu, takže se zdá být širší a pomalejší.

* Vysoká frekvence: Vlna má více cyklů za sekundu, takže se jeví užší a rychlejší.

Klíčové body

• Vlnová délka: Vzdálenost mezi dvěma po sobě jdoucími vrcholy nebo poklesy. Vyšší frekvence znamená kratší vlnovou délku.
• Amplituda: Výška vlny od středové čáry k vrcholu nebo korytu. Amplituda není ovlivněna frekvencí.

Porozumění frekvenci nám pomáhá analyzovat a interpretovat signály v elektronice. Pozorováním toho, jak se průběhy mění s frekvencí, můžeme identifikovat potenciální problémy a zajistit, aby naše obvody fungovaly správně.

2.Jak měřit frekvenci pomocí osciloskopického multimetru

Frekvenci lze měřit několika různými způsoby v závislosti na typu signálu a na nástrojích, které máte k dispozici. Zde jsou některé běžné metody:

1) Použití čítače frekvence

• Jak to funguje: Čítač frekvence je specializovaný přístroj určený speciálně k měření frekvence. Počítá počet cyklů signálu v daném časovém úseku a výsledek zobrazuje v hertzech (Hz).
• Jak ji používat:
  • Připojte čítač frekvence ke zdroji signálu.
  • Na čítači vyberte příslušný vstupní rozsah.
  • Čítač automaticky změří a zobrazí frekvenci.

2). Použití osciloskopu

• Jak to funguje: Osciloskop zobrazuje vizuální reprezentaci signálu jako průběh. Frekvenci určíte tak, že změříte čas, který trvá jeden celý cyklus (perioda), a poté vypočtete frekvenci podle vzorce: Frekvence = 1 / perioda.
• Jak ji používat:
  • Připojte sondy osciloskopu ke zdroji signálu.
  • Nastavte časovou základnu a vertikální měřítko osciloskopu, abyste získali jasný pohled na průběh.
  • Změřte čas jednoho celého cyklu (periody) pomocí mřížky nebo kurzorů osciloskopu.
  • Vypočítejte frekvenci podle výše uvedeného vzorce.

3). Použití multimetru s měřením frekvence

• Jak to funguje: Některé digitální multimetry mají zabudovanou funkci měření frekvence. Stejně tak náš nový model ZT-703S osciloskopické multimetry, Mohou měřit frekvenci střídavých signálů.
• Jak ji používat:
  • Vstupte do nabídky šesté stránky na ZT-703S osciloskopické multimetry stiskněte klávesu F1 pro přístup k rozšířeným aplikacím. V tomto okamžiku se na obrazovce zobrazí možnosti prohlížení snímků a vzorů výstupního signálu. Vyberte výstup signálu a stisknutím klávesy MENU vstupte do rozhraní pro nastavení výstupu generátoru signálu.
  • Pomocí tlačítek se šipkami nahoru a dolů vyberte výstupní průběh jako sinusový, čtvercový, trojúhelníkový, půlvlnný, plný nebo pilovitý. V okně displeje se synchronně zobrazí odpovídající průběh.
  • Pomocí šipek doleva a doprava přepínejte jednotku frekvence mezi 1Hz a 1KHz.

• Poznámka: tato operace je z ZT-703S Uživatelská příručka k osciloskopickým multimetrům na straně 25

  4). Měření na bázi softwaru

• 

  • Jak to funguje: Existují softwarové aplikace, které dokáží měřit frekvenci pomocí zvukové karty počítače nebo jiných vstupních zařízení. Tyto aplikace analyzují příchozí signál a vypočítají frekvenci.
  • Jak ji používat:
    • Připojte zdroj signálu k audio vstupu počítače nebo k jinému vhodnému vstupu.
    • Nainstalujte a spusťte software pro měření frekvence.
    • Při měření frekvence postupujte podle pokynů softwaru.

• Důležité informace:

  • Typ signálu: Zvolená metoda může záviset na typu měřeného signálu (např. sinusová vlna, čtvercová vlna, pulsní řetězec).
  • Frekvenční rozsah: Ujistěte se, že přístroj, který používáte, je schopen měřit frekvenční rozsah vašeho signálu.
  • Přesnost: Přesnost měření závisí na přístroji a kvalitě signálu.

  3. Faktory ovlivňující měření frekvence

  Existují některé potenciální zdroje chyb, jako je šum, zkreslení signálu, nesprávné umístění sondy atd., které ovlivňují měření frekvence. Zde jsou uvedeny některé další podrobnosti o některých z těchto zdrojů chyb:

  • Hluk: Šum může být způsoben různými faktory, například tepelným šumem, šumem výstřelu a šumem blikání. Lze jej snížit použitím nízkošumového zesilovače nebo filtrováním signálu.
  • Zkreslení signálu: Zkreslení signálu může být způsobeno faktory, jako je oříznutí, nasycení a nelinearita. Lze je omezit použitím kvalitního zesilovače a zajištěním, aby signál nebyl přetěžován.
  • Nesprávné umístění sondy: Sonda by měla být umístěna na takovém místě, aby mohla zachytit signál silně a bez rušení. Měla by být také správně orientována.
  • Rušení: Rušení může být způsobeno jinými signály v okolí, například rádiovými vlnami nebo elektromagnetickými poli. Lze je omezit odstíněním signálu nebo použitím filtru, který rušivé signály blokuje.

  (Uvádějí je níže uvedené webové stránky pro výzkum obrázků)

• 

  Proto je důležité znát potenciální zdroje chyb při měření frekvence, abyste mohli podniknout kroky k jejich minimalizaci.

  Správné nastavení a kalibrace zařízení pro testování frekvence jsou zásadní pro získání přesných a spolehlivých měření. Zde jsou důvody:

  1. Přesnost a spolehlivost:
  • Zajišťuje správnost měření: Kalibrací se ověřuje, zda zařízení měří frekvence v rámci stanovených mezí přesnosti. Bez ní mohou být naměřené hodnoty nesprávné, což může vést k nesprávným závěrům.  
  • Snižuje počet chyb: Správné nastavení minimalizuje vnější faktory, jako je rušení nebo nesprávné připojení, které mohou zkreslit údaje.
  • Důslednost: Kalibrace zajišťuje, že zařízení poskytuje konzistentní hodnoty v průběhu času, což umožňuje spolehlivé porovnávání a analýzu trendů.
  2. Dodržování předpisů a norem:
  • Splňuje průmyslové normy: V mnoha průmyslových odvětvích platí předpisy, které vyžadují kalibrované zařízení pro kontrolu kvality a bezpečnosti.  
  • Sledovatelnost: Kalibrace propojuje měření s národními nebo mezinárodními standardy, čímž zajišťuje globální konzistenci a srovnatelnost.  
  3. Rozhodování:
  • Informovaná rozhodnutí: Přesná měření frekvence jsou nezbytná v různých oblastech, od výzkumu a vývoje až po výrobu a telekomunikace. Správné nastavení a kalibrace zajišťují správnost rozhodnutí založených na těchto měřeních.  
  • Vyhněte se nákladným chybám: Nepřesná měření mohou vést k chybným návrhům, chybám ve výrobě nebo dokonce k ohrožení bezpečnosti.  
  4. Životnost zařízení:
  • Prodlužuje životnost: Pravidelná kalibrace může včas odhalit opotřebení nebo potenciální problémy, což umožní včasnou údržbu a zabrání předčasnému selhání.  
  • Optimalizuje výkon: Správné nastavení a kalibrace zajišťují, že zařízení pracuje co nejlépe a maximalizuje své schopnosti.

    Správné nastavení a kalibrace jsou základem pro zajištění přesnosti, spolehlivosti a konzistence měření frekvence. Jsou nezbytné pro informované rozhodování, dodržování norem a maximalizaci životnosti. Když hledáte spolehlivé osciloskopické multimetry, je lepší věnovat těmto faktorům pozornost.

    4.Aplikace měření frekvence

  • 

    Měření frekvence je důležitým nástrojem v elektronice a strojírenství. Níže jsou uvedeny praktické příklady jeho použití v různých odvětvích:

    1).Troubleshooting elektronických obvodů

    • Identifikace vadných součástí: Analýzou odchylek očekávaných frekvencí signálu (např. pomocí osciloskopů nebo spektrálních analyzátorů) mohou technici odhalit nefunkční oscilátory, filtry nebo senzory.
    • Diagnostika problémů s integritou signálu: Měření hodinových signálů nebo výstupů PWM k vyhledání chyb časování, šumu nebo zkreslení v obvodech.
    • 2).Testování zvukových zařízení
      • Analýza frekvenční odezvy: Vyhodnocujte zesilovače, reproduktory a mikrofony, abyste zajistili ploché křivky odezvy pro vysoce věrnou reprodukci zvuku.
      • Kalibrace zvuku: Pomocí nástrojů, jako jsou analyzátory zvuku, můžete vyladit ekvalizéry, mixéry nebo sluchátka pro optimální výkon.
      • 3).Telekomunikace
        • Modulace/demodulace signálu: Měření nosných frekvencí v rádiových, Wi-Fi nebo mobilních sítích (např. 5G, LTE) pro zajištění správného přenosu signálu.
        • Správa spektra: Sledování frekvenčních pásem, aby se zabránilo rušení satelitní komunikace nebo optických systémů.

        4).Digitální systémy

        • Synchronizace hodin: Ověřte taktovací frekvence mikroprocesorů, FPGA nebo paměťových modulů, abyste zabránili neshodám v časování.
        • Ověřování rychlosti přenosu dat: Testování sériových komunikačních protokolů (např. USB, SPI) na 4

        5).Power Systems

        • Stabilita sítě: Sledujte frekvenci střídavého napájení (50 Hz nebo 60 Hz), abyste zjistili přetížení sítě nebo poruchu generátoru.
        • Integrace obnovitelných zdrojů energie: Synchronizace solárních/větrných střídačů s frekvencí sítě pro zajištění stabilní dodávky energie.

        6).Nové technologie

        • Zařízení IoT: Ověřte frekvenci vzorkování senzorů (např. teploty, pohybu) pro spolehlivý sběr dat.
        • Automobilové systémy: Měření otáček motoru pomocí snímačů polohy klikového hřídele nebo testování radarových frekvencí ADAS (např. 77 GHz).
        • 5.Tipy a triky pro přesné měření frekvence
        • 1.Výběr správného vybavení:
        • Frekvenční rozsah: Vyberte si frekvenční čítač nebo osciloskopický multimetr, který dokáže přesně měřit frekvenční rozsah, se kterým pracujete. Nepoužívejte zařízení s omezeným rozsahem pro vysokofrekvenční signály nebo naopak.
        • Přesnost a rozlišení: Zvažte požadovanou přesnost a rozlišení. Zařízení s vyšším rozlišením nabízejí přesnější měření, ale mohou být dražší.
        • Vstupní impedance: Vstupní impedanci měřicího přístroje přizpůsobte impedanci zdroje signálu, aby nedocházelo k odrazům signálu a nepřesnostem.
        2. Umístění a připojení sond:
        • Čistá připojení: Ujistěte se, že jsou všechna připojení čistá a bezpečná, aby se minimalizoval šum a rušení. Používejte vysoce kvalitní kabely a konektory.
        • Správné uzemnění: Pro přesné měření je nezbytné dobré uzemnění. Použijte krátké zemní spojení s nízkou impedancí.
        • Minimalizujte délku vedení: Přívody k sondám udržujte co nejkratší, abyste omezili vliv kapacity a indukčnosti, zejména při měření vysokých frekvencí.
        • Stínění: Používejte stíněné kabely a sondy, abyste minimalizovali vnější elektromagnetické rušení.
        • Načítací efekty: Uvědomte si, že měřicí přístroj může sám zatěžovat testovaný obvod. Pro minimalizaci tohoto efektu volte sondy s vysokou vstupní impedancí.
        3. Úvahy o signálu:
        • Amplituda signálu: Ujistěte se, že amplituda signálu je v přijatelném rozsahu pro měřicí přístroj. Příliš nízký signál může být obtížné přesně změřit, zatímco příliš vysoký signál může přetížit vstup.
        • Tvar signálu: Dávejte pozor na tvar signálu (sinusový, čtvercový, pulzní atd.). Některé čítače frekvence pracují nejlépe s určitými tvary vln. Zkreslené nebo zašuměné signály mohou vést k nepřesným údajům.
        • Redukce hluku: Pokud je signál zašuměný, použijte před měřením frekvence filtrační techniky ke snížení šumu.
        • Stabilita: Zajistěte, aby byla frekvence signálu během měření stabilní. Kolísání frekvence může ztížit získání přesného údaje.
        4. Kalibrace a údržba:
        • Pravidelná kalibrace: Pravidelně kalibrujte měřicí zařízení, abyste zajistili přesnost.
        • Samokalibrace: Mnoho moderních přístrojů má vestavěnou autokalibraci. Používejte je pravidelně.
        • Doba zahřívání: Před měřením ponechte měřicímu přístroji dostatečnou dobu na zahřátí, aby se stabilizoval.
        • Životní prostředí: Vyhněte se extrémním teplotám, vlhkosti a vibracím, protože mohou ovlivnit přesnost měření.
        5. Techniky měření:
        • Čas brány: U čítačů frekvence zvolte vhodnou dobu hradla. Delší časy hradel poskytují vyšší rozlišení, ale trvají déle. Kratší časy hradla jsou užitečné pro rychle se měnící frekvence.
        • Průměrování: Ke snížení vlivu šumu a chvění použijte techniky průměrování.
        • Spouštění: Pokud používáte osciloskop, nastavte správně úroveň a sklon spouště, abyste zajistili stabilní a přesné měření.

        6.Zdroje pro další vzdělávání

        Online výukové programy:

        • Výukové programy pro elektroniku: Webové stránky jako Electronics Tutorials (např. electronics-tutorials.ws) nabízejí základní vysvětlení pojmů měření frekvence.
        • Vše o obvodech: All About Circuits (allaboutcircuits.com) obsahuje články a fóra, kde najdete informace o testovacích zařízeních a měřicích technikách.
        • YouTube: Vyhledejte na YouTube "frequency measurement tutorial" nebo "oscilloscope tutorial" pro videoukázky.

        Poznámky k použití:

        • Výrobci testovacích zařízení: Podívejte se na webové stránky výrobců testovacích zařízení, jako jsou Tektronix, Keysight (dříve Agilent), Fluke a Rigol. Často mají aplikační poznámky ke konkrétním měřicím technikám a zařízením.
        • Výrobci komponent: Výrobci součástek, jako jsou Analog Devices a Texas Instruments, často poskytují aplikační poznámky k použití svých součástek v obvodech souvisejících s frekvencí.

        Knihy:

        • "The Art of Electronics" od Horowitze a Hilla: Klasický text o elektronice s podrobnými informacemi o měřicích technikách.
        • "Electronic Instrumentation and Measurement Techniques" od W.D. Coopera a A.D. Helfricka: Učebnice zahrnující různé elektronické měřicí techniky.

        Organizace:

        • IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers): IEEE vydává časopisy a sborníky z konferencí o přístrojové technice a měření.

        Dodržováním těchto tipů a využíváním doporučených zdrojů můžete zvýšit přesnost svých měření frekvence a prohloubit své znalosti základních principů. Nezapomeňte, že klíčem k úspěchu je praxe! Čím více budete pracovat se zařízením pro měření frekvence, tím budete zběhlejší.

        5.Závěr

        Frekvence je počet cyklů opakující se události za jednotku času, obvykle měřený v hertzích (Hz), což znamená cykly za sekundu.

        Vlnová délka je vzdálenost mezi dvěma po sobě jdoucími body vlny, které jsou ve stejné fázi (např. dva vrcholy nebo dvě koryta). Frekvence a vlnová délka jsou nepřímo úměrné.

        Období je doba potřebná pro jeden úplný cyklus vlny. Je to převrácená hodnota frekvence.

        Amplituda je maximální posun vlny z její rovnovážné polohy. Představuje sílu nebo intenzitu vlny.

        Fáze popisuje polohu bodu ve vlnovém cyklu vzhledem k referenčnímu bodu. Pomáhá pochopit, jak na sebe vlny vzájemně působí.

        Důležitost porozumění frekvenci:

        • Nezbytné pro analýzu obvodů: Frekvence je základním parametrem při analýze a návrhu elektronických obvodů. Ovlivňuje chování součástek, jako jsou kondenzátory a induktory.
        • Zpracování signálů: Pochopení frekvence je klíčové při zpracování signálů, kdy se signály manipulují a analyzují na základě jejich frekvenčního obsahu.
        • Komunikační systémy: Frekvence je základem komunikačních systémů, protože informace se přenášejí pomocí signálů s určitou frekvencí.
        • Řešení problémů: Analýza frekvencí signálů pomáhá identifikovat vadné součástky a diagnostikovat problémy v elektronických obvodech.
        • Výběr komponent: Výběr správných součástek pro obvod často závisí na jejich chování při určitých frekvencích.
        • Návrh systému: Navrhování elektronických systémů, od audio zesilovačů po rádiové vysílače, vyžaduje hluboké znalosti o frekvenci a jejích důsledcích.

        Frekvence je základem elektroniky. Podílí se na téměř všech aspektech, od základní analýzy obvodů až po složité komunikační systémy. Pevná znalost pojmů týkajících se frekvence je nezbytná pro každého, kdo pracuje s elektronikou, a umožňuje mu navrhovat, analyzovat, řešit problémy a porozumět chování elektronických obvodů a systémů.

        ZOYI Online Shop poskytuje digitální osciloskop, inteligentní digitální multimetr, profesionální digitální multimetr, multimetr s automatickým a manuálním rozsahem, digitální multimetr s dvojitým vstřikováním, digitální multimetr s Bluetooth atd. Poskytujeme špičkovou zákaznickou podporu, bezplatnou přepravní službu a 12měsíční záruku pro případ, že se něco pokazí.

        Pokud máte nějaké dotazy nebo pochybnosti o tom, co je frekvence, můžete zanechat své komentáře. Vítejte také v našem internetovém obchodě ZOYI, kde se dozvíte více o nástrojích pro měření frekvence.