¿Qué es la frecuencia?

Imagina que intentas arreglar el coche teledirigido de tu hijo. Ha estado fallando, avanza bien y de repente da marcha atrás sin motivo. Has comprobado las pilas y están bien. Así que lo abres con la esperanza de encontrar un cable suelto. Tienes tu multímetro de confianza y un pequeño osciloscopio que te ha prestado un amigo. Buscas por todas partes, compruebas las conexiones y luego conectas las sondas del osciloscopio al circuito de control del motor. Esperas ver una onda cuadrada limpia y bonita cuando pulsas el botón de avance. En lugar de eso, la pantalla muestra un patrón extraño, tambaleante, casi como un latido. No es la señal estable de encendido/apagado que esperabas. Y esta es la frecuencia.

La frecuencia es un concepto fundamental en electrónica. Es esencial para entender cómo funcionan los circuitos, solucionar problemas, diseñar nuevos circuitos y garantizar la seguridad. Si dominas la frecuencia, podrás trabajar de forma más eficaz y eficiente con sistemas electrónicos.

Comprender la frecuencia es absolutamente crucial para cualquiera que trabaje con electrónica, y especialmente cuando se utilizan herramientas como osciloscopios y multímetros. Aquí vamos a aprender más sobre qué es la frecuencia.

1. ¿Qué es la frecuencia?

La frecuencia es básicamente la frecuencia con la que ocurre algo en un periodo de tiempo. Se refiere al número de veces que se repite un suceso por unidad de tiempo. En el contexto de las señales eléctricas, describe la frecuencia con la que una forma de onda (como una onda sinusoidal, una onda cuadrada o cualquier otra señal periódica) se repite a lo largo de un segundo.

Piense que es el número de veces que se repite un acontecimiento en un intervalo de tiempo determinado, normalmente un segundo. La frecuencia se mide en hercios (Hz).

He aquí algunos ejemplos que le ayudarán a entenderlo:

• Luz intermitente: Imagina una bombilla que parpadea encendiéndose y apagándose. Si parpadea una vez por segundo, decimos que tiene una frecuencia de 1 Hz. Si parpadea cinco veces por segundo, tiene una frecuencia de 5 Hz.
• Cuerda de guitarra: Al pulsar una cuerda de guitarra, ésta vibra de un lado a otro. Si vibra 440 veces por segundo, produce una nota musical con una frecuencia de 440 Hz.
• Latidos: El corazón late con regularidad. Si late 60 veces por minuto, eso equivale aproximadamente a 1 latido por segundo, por lo que su frecuencia es de aproximadamente 1 Hz.

Esencialmente, la frecuencia nos indica lo repetitivo que es algo. Cuanto mayor es la frecuencia, más a menudo se produce el suceso.

Desglosemos las ondas sinusoidales y la frecuencia con algunos elementos visuales:

1). La onda sinusoidal (la imagen de abajo es de https://reviseomatic.org/)

onda sinusoidal con picos, valles y un ciclo completo etiquetado como

*  Picos: Los puntos más altos de la ola.

* Comederos: Los puntos más bajos de la ola.

* Ciclo: Una repetición completa del patrón de ondas.

2). Frecuencia

La frecuencia es el número de ciclos que se producen en un segundo. Se mide en hercios (Hz).

• Por ejemplo: Si la onda sinusoidal anterior completa un ciclo cada segundo, su frecuencia es de 1 Hz.

3).Cómo afecta la frecuencia a la forma de onda

(Esta imagen procede de https://www.cs.csustan.edu/)

tres ondas sinusoidales con frecuencias diferentes: baja frecuencia, media frecuencia, alta frecuencia

* Baja Frecuencia: La onda tiene menos ciclos por segundo, por lo que parece más ancha y lenta.

* Alta frecuencia: La onda tiene más ciclos por segundo, por lo que parece más estrecha y rápida.

Puntos clave

• Longitud de onda: Distancia entre dos picos o valles consecutivos. A mayor frecuencia, menor longitud de onda.
• Amplitud: La altura de la onda desde la línea media hasta un pico o valle. La amplitud no se ve afectada por la frecuencia.

Comprender la frecuencia nos ayuda a analizar e interpretar las señales en electrónica. Observando cómo cambian las formas de onda con la frecuencia, podemos identificar posibles problemas y asegurarnos de que nuestros circuitos funcionan correctamente.

2.Cómo medir la frecuencia con un osciloscopio multímetro

La frecuencia puede medirse de varias maneras, dependiendo del tipo de señal y de las herramientas disponibles. He aquí algunos métodos habituales:

1) Utilización de un contador de frecuencia

• Cómo funciona: Un contador de frecuencia es un instrumento especializado diseñado específicamente para medir la frecuencia. Cuenta el número de ciclos de una señal en un periodo de tiempo determinado y muestra el resultado en hercios (Hz).
• Cómo utilizarlo:
  • Conecte el contador de frecuencia a la fuente de señal.
  • Seleccione el rango de entrada adecuado en el contador.
  • El contador medirá y mostrará automáticamente la frecuencia.

2). Utilización de un osciloscopio

• Cómo funciona: Un osciloscopio muestra una representación visual de una señal en forma de onda. Puedes determinar la frecuencia midiendo el tiempo que tarda un ciclo completo (el periodo) y calculando después la frecuencia mediante la fórmula: Frecuencia = 1 / Periodo.
• Cómo utilizarlo:
  • Conecte las sondas del osciloscopio a la fuente de señal.
  • Ajuste la base de tiempos y la escala vertical del osciloscopio para obtener una visión clara de la forma de onda.
  • Mida el tiempo de un ciclo completo (periodo) utilizando la retícula o los cursores del osciloscopio.
  • Calcula la frecuencia utilizando la fórmula mencionada anteriormente.

3). Uso de un multímetro con medición de frecuencia

• Cómo funciona: Algunos multímetros digitales incorporan una función de medición de frecuencia. Nuestro nuevo modelo ZT-703S osciloscopios multímetros, Pueden medir la frecuencia de las señales de corriente alterna.
• Cómo utilizarlo:
  • Acceda al menú de la sexta página en ZT-703S osciloscopios multímetros pulse la tecla F1 para acceder a las aplicaciones ampliadas. En este punto, la pantalla muestra opciones de exploración de imágenes y patrones de salida de señal. Seleccione salida de señal y pulse la tecla MENU para acceder a la interfaz de configuración de salida del generador de señal.
  • Utilice las teclas de flecha arriba y abajo para seleccionar la forma de onda de salida como onda sinusoidal, onda cuadrada, onda triangular, media onda, onda completa u onda diente de sierra. La ventana de visualización de la pantalla muestra sincronizadamente la forma de onda correspondiente.
  • Utilice las teclas de flecha izquierda y derecha para cambiar la unidad de frecuencia entre 1Hz y 1KHz.

• Nota: esta operación es de ZT-703S osciloscopio multímetros manual de usuario en la página 25

  4). Medición basada en software

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  • Cómo funciona: Existen aplicaciones de software que pueden medir la frecuencia utilizando la tarjeta de sonido de un ordenador u otros dispositivos de entrada. Estas aplicaciones analizan la señal entrante y calculan la frecuencia.
  • Cómo utilizarlo:
    • Conecte la fuente de señal a la entrada de audio del ordenador o a otra entrada adecuada.
    • Instale y ejecute el software de medición de frecuencia.
    • Sigue las instrucciones del software para medir la frecuencia.

• Consideraciones importantes:

  • Tipo de señal: El método que elija puede depender del tipo de señal que esté midiendo (por ejemplo, onda sinusoidal, onda cuadrada, tren de impulsos).
  • Gama de frecuencias: Asegúrate de que el instrumento que utilizas es capaz de medir la gama de frecuencias de tu señal.
  • Precisión: La precisión de la medición dependerá del instrumento y de la calidad de la señal.

  3. Factores que afectan a las mediciones de frecuencia

  Existen algunas fuentes potenciales de error, como el ruido, la distorsión de la señal, la colocación incorrecta de la sonda, etc., que afectan a las mediciones de frecuencia. He aquí algunos detalles adicionales sobre algunas de estas fuentes de error:

  • Ruido: El ruido puede deberse a diversos factores, como el ruido térmico, el ruido de disparo y el ruido de parpadeo. Puede reducirse utilizando un amplificador de bajo ruido o filtrando la señal.
  • Distorsión de la señal: La distorsión de la señal puede deberse a factores como el recorte, la saturación y la no linealidad. Puede reducirse utilizando un amplificador de alta calidad y asegurándose de que la señal no está sobrecargada.
  • Colocación incorrecta de la sonda: La sonda debe colocarse en un lugar donde pueda captar la señal con fuerza y sin interferencias. También debe orientarse correctamente.
  • Interferencias: Las interferencias pueden deberse a otras señales del entorno, como las ondas de radio o los campos electromagnéticos. Se puede reducir apantallando la señal o utilizando un filtro para bloquear las señales interferentes.

  (Estos datos proceden de los siguientes sitios web de investigación)

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  Por eso es importante conocer las posibles fuentes de error en las mediciones de frecuencia, para poder tomar medidas que las minimicen.

  La configuración y calibración adecuadas de los equipos de comprobación de frecuencias son cruciales para obtener mediciones precisas y fiables. He aquí por qué:

  1. Precisión y fiabilidad:
  • Garantiza la veracidad de las mediciones: La calibración verifica que el equipo mide las frecuencias dentro de los límites de precisión especificados. Sin ella, las lecturas podrían ser erróneas, lo que llevaría a conclusiones incorrectas.  
  • Reduce los errores: Una configuración adecuada minimiza factores externos como interferencias o conexiones inadecuadas que pueden distorsionar las lecturas.
  • Coherencia: La calibración garantiza que el equipo proporcione lecturas coherentes a lo largo del tiempo, lo que permite realizar comparaciones fiables y análisis de tendencias.
  2. Cumplimiento y normas:
  • Cumple las normas del sector: Muchas industrias tienen normativas que exigen equipos calibrados para el control de calidad y la seguridad.  
  • Trazabilidad: La calibración vincula las mediciones a normas nacionales o internacionales, garantizando la coherencia y comparabilidad globales.  
  3. Toma de decisiones:
  • Decisiones informadas: Las mediciones de frecuencia precisas son esenciales en diversos campos, desde la investigación y el desarrollo hasta la fabricación y las telecomunicaciones. Una configuración y calibración adecuadas garantizan que las decisiones basadas en estas mediciones sean acertadas.  
  • Evite errores costosos: Las mediciones imprecisas pueden dar lugar a diseños defectuosos, errores de producción o incluso riesgos para la seguridad.  
  4. Longevidad del equipo:
  • Prolonga la vida útil: El calibrado periódico puede detectar el desgaste o posibles problemas en una fase temprana, lo que permite realizar el mantenimiento a tiempo y evitar fallos prematuros.  
  • Optimiza el rendimiento: Una configuración y calibración adecuadas garantizan que el equipo funcione de forma óptima, maximizando sus capacidades.

    Una configuración y calibración adecuadas son fundamentales para garantizar la precisión, fiabilidad y coherencia de las mediciones de frecuencia. Son esenciales para la toma de decisiones informadas, el cumplimiento de las normas y la maximización de la vida útil. Cuando busque un osciloscopios multímetros, es mejor prestar atención a estos factores.

    4.Aplicaciones de la medición de frecuencias

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    La medición de frecuencias es una herramienta fundamental en electrónica e ingeniería. A continuación se ofrecen ejemplos prácticos de su uso en distintos sectores:

    1).Resolución de problemas en circuitos electrónicos

    • Identificación de componentes defectuosos: Mediante el análisis de las desviaciones en las frecuencias de señal esperadas (por ejemplo, utilizando osciloscopios o analizadores de espectro), los ingenieros pueden detectar el mal funcionamiento de osciladores, filtros o sensores.
    • Diagnóstico de problemas de integridad de la señal: Mide señales de reloj o salidas PWM para localizar errores de temporización, ruido o distorsión en circuitos.
    • 2).Pruebas de equipos de audio
      • Análisis de la respuesta en frecuencia: Evalúa amplificadores, altavoces y micrófonos para garantizar curvas de respuesta planas para una reproducción de sonido de alta fidelidad.
      • Calibración de audio: Utiliza herramientas como analizadores de audio para ajustar ecualizadores, mezcladores o auriculares y conseguir un rendimiento óptimo.
      • 3).Telecomunicaciones
        • Modulación/demodulación de la señal: Mida las frecuencias portadoras en redes de radio, Wi-Fi o celulares (por ejemplo, 5G, LTE) para garantizar la correcta transmisión de la señal.
        • Gestión del espectro: Supervisa las bandas de frecuencia para evitar interferencias en las comunicaciones por satélite o los sistemas de fibra óptica.

        4).Sistemas digitales

        • Sincronización de relojes: Verifique las frecuencias de reloj en microprocesadores, FPGAs o módulos de memoria para evitar desajustes de temporización.
        • Validación de la velocidad de transmisión de datos: Prueba de protocolos de comunicación serie (por ejemplo, USB, SPI) a 4

        5).Sistemas de energía

        • Estabilidad de la red: Supervisa la frecuencia de alimentación de CA (50 Hz o 60 Hz) para detectar sobrecargas de la red o averías del generador.
        • Integración de las energías renovables: Sincroniza los inversores solares/eólicos con la frecuencia de la red para garantizar un suministro de energía estable.

        6).Tecnologías emergentes

        • Dispositivos IoT: Valide las frecuencias de muestreo de los sensores (por ejemplo, temperatura, movimiento) para una adquisición de datos fiable.
        • Sistemas de automoción: Medir las RPM del motor mediante sensores de posición del cigüeñal o probar las frecuencias de radar ADAS (por ejemplo, 77 GHz).
        • 5.Trucos y consejos para medir frecuencias con precisión
        • 1.Elegir el equipo adecuado:
        • Gama de frecuencias: Selecciona un contador de frecuencias o un osciloscopio multímetro que pueda medir con precisión el rango de frecuencias con el que estás trabajando. No utilices un aparato con un rango limitado para señales de alta frecuencia, o viceversa.
        • Precisión y resolución: Tenga en cuenta la precisión y resolución necesarias. Los dispositivos de mayor resolución ofrecen mediciones más precisas, pero pueden ser más caros.
        • Impedancia de entrada: Haga coincidir la impedancia de entrada del instrumento de medida con la impedancia de origen de la señal para evitar reflexiones e imprecisiones en la señal.
        2. Colocación de la sonda y conexiones:
        • Conexiones limpias: Asegúrate de que todas las conexiones estén limpias y seguras para minimizar el ruido y las interferencias. Utilice cables y conectores de alta calidad.
        • Conexión a tierra adecuada: Una buena conexión a tierra es esencial para obtener mediciones precisas. Utilice una conexión a tierra corta y de baja impedancia.
        • Minimice la longitud de los cables: Mantenga los cables de las sondas lo más cortos posible para reducir los efectos de la capacitancia y la inductancia, especialmente al medir altas frecuencias.
        • Blindaje: Utilice cables y sondas apantallados para minimizar la captación de interferencias electromagnéticas externas.
        • Efectos de carga: Tenga en cuenta que el propio instrumento de medida puede cargar el circuito sometido a prueba. Elija sondas con alta impedancia de entrada para minimizar este efecto.
        3. Consideraciones sobre la señal:
        • Amplitud de la señal: Asegúrese de que la amplitud de la señal está dentro del rango aceptable para el instrumento de medida. Una señal demasiado baja puede ser difícil de medir con precisión, mientras que una señal demasiado alta puede sobrecargar la entrada.
        • Forma de la señal: Ten en cuenta la forma de la señal (sinusoidal, cuadrada, de impulsos, etc.). Algunos contadores de frecuencia funcionan mejor con formas de onda específicas. Las señales distorsionadas o ruidosas pueden dar lugar a lecturas inexactas.
        • Reducción del ruido: Si la señal es ruidosa, utilice técnicas de filtrado para reducir el ruido antes de medir la frecuencia.
        • Estabilidad: Asegúrese de que la frecuencia de la señal es estable durante la medición. Las fluctuaciones en la frecuencia pueden dificultar la obtención de una lectura precisa.
        4. Calibración y mantenimiento:
        • Calibración periódica: Calibre periódicamente su equipo de medición para garantizar la precisión.
        • Autocalibración: Muchos instrumentos modernos incorporan rutinas de autocalibración. Utilízalas con regularidad.
        • Tiempo de calentamiento: Deje transcurrir un tiempo de calentamiento suficiente para que el instrumento de medida se estabilice antes de realizar las mediciones.
        • Medio ambiente: Evite las temperaturas extremas, la humedad y las vibraciones, ya que pueden afectar a la precisión de las mediciones.
        5. Técnicas de medición:
        • Tiempo de compuerta: Para los contadores de frecuencia, elija un tiempo de puerta adecuado. Los tiempos de puerta más largos proporcionan una mayor resolución, pero tardan más. Los tiempos de puerta más cortos son útiles para frecuencias que cambian rápidamente.
        • Promedio: Utiliza técnicas de promediado para reducir los efectos del ruido y las fluctuaciones.
        • Disparo: Si utiliza un osciloscopio, ajuste correctamente el nivel y la pendiente de disparo para garantizar mediciones estables y precisas.

        6Recursos para seguir aprendiendo

        Tutoriales en línea:

        • Tutoriales de electrónica: Sitios web como Electronics Tutorials (por ejemplo, electronics-tutorials.ws) ofrecen explicaciones básicas sobre conceptos de medición de frecuencias.
        • Todo sobre circuitos: All About Circuits (allaboutcircuits.com) tiene artículos y foros en los que encontrará información sobre equipos de prueba y técnicas de medición.
        • YouTube: Busca en YouTube "tutorial de medición de frecuencia" o "tutorial de osciloscopio" para ver demostraciones en vídeo.

        Notas de aplicación:

        • Fabricantes de equipos de prueba: Consulte los sitios web de fabricantes de equipos de prueba como Tektronix, Keysight (antes Agilent), Fluke y Rigol. Suelen tener notas de aplicación sobre técnicas y equipos de medición específicos.
        • Fabricantes de componentes: Fabricantes de componentes como Analog Devices y Texas Instruments suelen ofrecer notas de aplicación sobre el uso de sus componentes en circuitos relacionados con la frecuencia.

        Libros:

        • "El arte de la electrónica", de Horowitz y Hill: Un texto clásico sobre electrónica con información detallada sobre técnicas de medición.
        • "Instrumentación electrónica y técnicas de medición", por W.D. Cooper y A.D. Helfrick: Libro de texto sobre diversas técnicas de medición electrónica.

        Organizaciones:

        • IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos): El IEEE publica revistas y actas de congresos sobre instrumentación y medición.

        Siguiendo estos consejos y utilizando los recursos sugeridos, podrá mejorar la precisión de sus mediciones de frecuencia y profundizar en la comprensión de los principios subyacentes. Recuerde que la práctica es la clave. Cuanto más trabaje con el equipo de medición de frecuencias, más experto será.

        5.Conclusión

        Frecuencia es el número de ciclos de un evento repetitivo por unidad de tiempo, medido normalmente en hercios (Hz), lo que significa ciclos por segundo.

        Longitud de onda es la distancia entre dos puntos consecutivos de una onda que se encuentran en la misma fase (por ejemplo, dos picos o dos valles). La frecuencia y la longitud de onda son inversamente proporcionales.

        Periodo es el tiempo que tarda un ciclo completo de una onda. Es el inverso de la frecuencia.

        Amplitud es el desplazamiento máximo de una onda desde su posición de equilibrio. Representa la fuerza o intensidad de la onda.

        Fase describe la posición de un punto en un ciclo de ondas con respecto a un punto de referencia. Ayuda a comprender cómo interactúan las ondas entre sí.

        Importancia de comprender la frecuencia:

        • Esencial para el análisis de circuitos: La frecuencia es un parámetro fundamental en el análisis y diseño de circuitos electrónicos. Afecta al comportamiento de componentes como condensadores e inductores.
        • Procesamiento de señales: Comprender la frecuencia es crucial en el procesamiento de señales, donde éstas se manipulan y analizan en función de su contenido frecuencial.
        • Sistemas de comunicaciones: La frecuencia es la columna vertebral de los sistemas de comunicación, ya que la información se transmite utilizando señales con frecuencias específicas.
        • Solución de problemas: El análisis de las frecuencias de señal ayuda a identificar componentes defectuosos y a diagnosticar problemas en circuitos electrónicos.
        • Selección de componentes: La elección de los componentes adecuados para un circuito depende a menudo de su comportamiento a frecuencias específicas.
        • Diseño del sistema: El diseño de sistemas electrónicos, desde amplificadores de audio a transmisores de radio, requiere un profundo conocimiento de la frecuencia y sus implicaciones.

        La frecuencia es la piedra angular de la electrónica. Interviene en casi todos los aspectos, desde el análisis básico de circuitos hasta los complejos sistemas de comunicación. Una sólida comprensión de los conceptos de frecuencia es esencial para cualquier persona que trabaje con la electrónica, ya que le permite diseñar, analizar, solucionar problemas y comprender el comportamiento de los circuitos y sistemas electrónicos.

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        Le invitamos a dejarnos sus comentarios si tiene alguna pregunta o duda sobre qué es la frecuencia. Y bienvenido a visitar nuestra tienda online ZOYI para aprender más sobre las herramientas de medición de frecuencia.