Hva er frekvens?

Tenk deg at du prøver å reparere den fjernstyrte bilen til barnet ditt. Den har hatt problemer med å kjøre fremover, men plutselig reverserer den uten grunn. Du har sjekket batteriene, og de er i orden. Så du åpner den i håp om å finne en løs ledning. Du har med deg ditt trofaste multimeter og et lite oscilloskop du har lånt av en venn. Du pirker rundt og sjekker tilkoblingene, og så fester du oscilloskopets sonder på motorstyringskretsen. Du forventer å se en fin, ren firkantbølge når du trykker på forward-knappen. I stedet viser skjermen et merkelig, vinglete, nesten hjerteslaglignende mønster. Det er slett ikke det jevne av/på-signalet du forventer. Og dette er frekvensen.

Frekvens er et grunnleggende begrep innen elektronikk. Det er avgjørende for å forstå hvordan kretser fungerer, feilsøke problemer, designe nye kretser og ivareta sikkerheten. Ved å beherske frekvenser vil du kunne jobbe mer effektivt med elektroniske systemer.

Å forstå frekvens er helt avgjørende for alle som jobber med elektronikk, og spesielt når man bruker verktøy som oscilloskop og multimeter. Her skal vi lære mer om hva frekvens er.

1. Hva er frekvens?

Frekvens er i bunn og grunn hvor ofte noe skjer i løpet av en tidsperiode. Det refererer til antall ganger en gjentakende hendelse inntreffer per tidsenhet. I forbindelse med elektriske signaler beskriver det hvor ofte en bølgeform (for eksempel en sinusbølge, en firkantbølge eller et annet periodisk signal) gjentar seg i løpet av ett sekund.

Tenk på det som hvor mange ganger en hendelse gjentar seg i løpet av en gitt tidsramme, vanligvis ett sekund. Vi måler frekvens i Hertz (Hz).

Her er noen eksempler som kan hjelpe deg å forstå:

• Blinkende lys: Tenk deg en lyspære som blinker av og på. Hvis den blinker én gang i sekundet, sier vi at den har en frekvens på 1 Hz. Hvis den blinker fem ganger i sekundet, har den en frekvens på 5 Hz.
• Gitarstreng: Når du trekker i en gitarstreng, vibrerer den frem og tilbake. Hvis den vibrerer 440 ganger i sekundet, gir det en tone med en frekvens på 440 Hz.
• Hjerteslag: Hjertet ditt slår regelmessig. Hvis det slår 60 ganger i minuttet, tilsvarer det omtrent 1 slag i sekundet, så frekvensen er ca. 1 Hz.

Frekvensen forteller oss hvor repeterende noe er. Jo høyere frekvens, desto oftere forekommer hendelsen.

La oss forklare sinusbølger og frekvenser ved hjelp av noen bilder:

1). Sinusbølgen (bildet nedenfor er hentet fra https://reviseomatic.org/)

sinuskurve med topper, bølgedaler og en komplett syklus merket

*  Topper: De høyeste punktene på bølgen.

* Troughs: De laveste punktene på bølgen.

* Syklus: En fullstendig repetisjon av bølgemønsteret.

2). Frekvens

Frekvensen er antall sykluser som oppstår i løpet av ett sekund. Det måles i Hertz (Hz).

• Eksempel: Hvis sinusbølgen ovenfor fullfører én syklus hvert sekund, er frekvensen 1 Hz.

3).Hvordan frekvensen påvirker bølgeformen

(Dette bildet kommer fra https://www.cs.csustan.edu/)

tre sinusbølger med ulike frekvenser: lav frekvens, middels frekvens, høy frekvens

* Lav frekvens: Bølgen har færre sykluser per sekund, slik at den virker bredere og langsommere.

* Høy frekvens: Bølgen har flere sykluser per sekund, slik at den virker smalere og raskere.

Viktige punkter

• Bølgelengde: Avstanden mellom to påfølgende topper eller bølgedaler. Høyere frekvens betyr kortere bølgelengde.
• Amplitude: Høyden på bølgen fra midtlinjen til en topp eller et bunnpunkt. Amplituden påvirkes ikke av frekvensen.

Frekvensforståelse hjelper oss med å analysere og tolke signaler i elektronikken. Ved å observere hvordan bølgeformer endrer seg med frekvensen, kan vi identifisere potensielle problemer og sikre at kretsene våre fungerer som de skal.

2.Slik måler du frekvens med et oscilloskop-multimeter

Frekvensen kan måles på flere forskjellige måter, avhengig av signaltypen og hvilke verktøy du har til rådighet. Her er noen vanlige metoder:

1) Bruk av en frekvensteller

• Slik fungerer det: En frekvensteller er et spesialinstrument som er utviklet spesielt for å måle frekvens. Den teller antall sykluser av et signal i løpet av en gitt tidsperiode og viser resultatet i Hertz (Hz).
• Slik bruker du den:
  • Koble frekvenstelleren til signalkilden.
  • Velg riktig inngangsområde på telleren.
  • Telleren måler og viser frekvensen automatisk.

2). Bruke et oscilloskop

• Slik fungerer det: Et oscilloskop viser en visuell representasjon av et signal som en bølgeform. Du kan bestemme frekvensen ved å måle tiden det tar for en hel syklus (perioden) og deretter beregne frekvensen ved hjelp av formelen: Frekvens = 1 / Periode.
• Slik bruker du den:
  • Koble oscilloskopets prober til signalkilden.
  • Juster tidsbasen og den vertikale skalaen på oscilloskopet for å få en tydelig visning av bølgeformen.
  • Mål tiden for en hel syklus (periode) ved hjelp av oscilloskopets gradskive eller markører.
  • Beregn frekvensen ved hjelp av formelen som er nevnt ovenfor.

3). Bruke et multimeter med frekvensmåling

• Slik fungerer det: Noen digitale multimetre har en innebygd funksjon for frekvensmåling. Det har også vår nye modell ZT-703S multimetre med oscilloskop, De kan måle frekvensen til vekselstrømssignaler.
• Slik bruker du den:
  • Gå inn i menyen for sjette side på ZT-703S oscilloskop multimålere trykk på F1-tasten for å få tilgang til de utvidede programmene. På dette punktet viser skjermen alternativer for bildesurfing og signalutgangsmønstre. Velg signalutgang, og trykk deretter på MENU-tasten for å gå til grensesnittet for signalgeneratorens utgangsinnstillinger.
  • Bruk opp- og ned-piltastene til å velge utgangsbølgeform som sinusbølge, firkantbølge, trekantbølge, halvbølge, helbølge eller sagtannbølge. Skjermbildet viser synkront den tilsvarende bølgeformen.
  • Bruk venstre og høyre piltast for å bytte frekvensenhet mellom 1 Hz og 1 kHz.

• Merk: Denne operasjonen er fra ZT-703S brukerhåndbok for oscilloskop-multimålere på side 25

  4). Programvarebasert måling

• 

  • Slik fungerer det: Det finnes programvare som kan måle frekvensen ved hjelp av datamaskinens lydkort eller andre inngangsenheter. Disse programmene analyserer det innkommende signalet og beregner frekvensen.
  • Slik bruker du den:
    • Koble signalkilden til datamaskinens lydinngang eller en annen egnet inngang.
    • Installer og kjør programvaren for frekvensmåling.
    • Følg instruksjonene i programvaren for å måle frekvensen.

• Viktige hensyn:

  • Signaltype: Hvilken metode du velger, kan avhenge av hvilken type signal du måler (f.eks. sinusbølge, firkantbølge, pulstog).
  • Frekvensområde: Sørg for at instrumentet du bruker, er i stand til å måle frekvensområdet til signalet ditt.
  • Nøyaktighet: Målingens nøyaktighet vil avhenge av instrumentet og signalkvaliteten.

  3. Faktorer som påvirker frekvensmålinger

  Det finnes noen potensielle feilkilder som støy, signalforvrengning, feil plassering av proben osv. som påvirker frekvensmålingene. Her er noen ytterligere detaljer om noen av disse feilkildene:

  • Støy: Støy kan forårsakes av en rekke faktorer, for eksempel termisk støy, skuddstøy og flimmerstøy. Støyen kan reduseres ved å bruke en forsterker med lavt støynivå eller ved å filtrere signalet.
  • Signalforvrengning: Signalforvrengning kan forårsakes av faktorer som klipping, metning og ikke-linearitet. Forvrengningen kan reduseres ved å bruke en forsterker av høy kvalitet og ved å sørge for at signalet ikke blir overbelastet.
  • Feil plassering av sonden: Sonden skal plasseres på et sted der den kan fange opp signalet sterkt og uten forstyrrelser. Den bør også være riktig orientert.
  • Forstyrrelser: Interferens kan forårsakes av andre signaler i omgivelsene, for eksempel radiobølger eller elektromagnetiske felt. De kan reduseres ved å skjerme signalet eller ved å bruke et filter som blokkerer de forstyrrende signalene.

  (Disse er rapportert av forskningsnettstedene nedenfor)

• 

  Det er derfor viktig å være klar over de potensielle feilkildene i frekvensmålinger, slik at du kan iverksette tiltak for å minimere dem.

  Riktig oppsett og kalibrering av frekvenstestutstyr er avgjørende for å oppnå nøyaktige og pålitelige målinger. Her er grunnen til det:

  1. Nøyaktighet og pålitelighet:
  • Sikrer at målingene er nøyaktige: Kalibrering verifiserer at utstyret måler frekvenser innenfor de spesifiserte nøyaktighetsgrensene. Uten kalibrering kan avlesningene være feil, noe som kan føre til feilaktige konklusjoner.  
  • Reduserer antall feil: Riktig oppsett minimerer eksterne faktorer som forstyrrelser eller feilaktige tilkoblinger som kan forvrenge målingene.
  • Konsistens: Kalibrering sikrer at utstyret gir konsistente målinger over tid, noe som muliggjør pålitelige sammenligninger og trendanalyser.
  2. Samsvar og standarder:
  • Oppfyller bransjestandarder: Mange bransjer har forskrifter som krever kalibrert utstyr av hensyn til kvalitetskontroll og sikkerhet.  
  • Sporbarhet: Kalibrering knytter målingene til nasjonale eller internasjonale standarder, noe som sikrer global konsistens og sammenlignbarhet.  
  3. Beslutningstaking:
  • Velinformerte beslutninger: Nøyaktige frekvensmålinger er avgjørende på en rekke områder, fra forskning og utvikling til produksjon og telekommunikasjon. Riktig oppsett og kalibrering sikrer at beslutninger basert på disse målingene er forsvarlige.  
  • Unngå kostbare feil: Unøyaktige målinger kan føre til feilkonstruksjoner, produksjonsfeil eller til og med sikkerhetsrisikoer.  
  4. Utstyrets levetid:
  • Forlenger levetiden: Regelmessig kalibrering kan avdekke slitasje eller potensielle problemer på et tidlig tidspunkt, slik at man kan utføre vedlikehold i tide og forhindre for tidlig svikt.  
  • Optimaliserer ytelsen: Riktig oppsett og kalibrering sikrer at utstyret fungerer optimalt og maksimerer kapasiteten.

    Riktig oppsett og kalibrering er grunnleggende for å sikre nøyaktighet, pålitelighet og konsistens i frekvensmålingene. De er avgjørende for å kunne ta informerte beslutninger, overholde standarder og maksimere levetiden. Når du er på utkikk etter en pålitelig multimetre med oscilloskop, er det bedre å være oppmerksom på disse faktorene.

    4. Bruksområder for frekvensmåling

  • 

    Frekvensmåling er et viktig verktøy innen elektronikk og ingeniørfag. Nedenfor finner du praktiske eksempler på hvordan det brukes i ulike bransjer:

    1) Feilsøking av elektroniske kretser

    • Identifisere defekte komponenter: Ved å analysere avvik i forventede signalfrekvenser (f.eks. ved hjelp av oscilloskop eller spektrumanalysatorer) kan ingeniører oppdage feil på oscillatorer, filtre eller sensorer.
    • Diagnostisering av signalintegritetsproblemer: Mål klokkesignaler eller PWM-utganger for å finne tidsfeil, støy eller forvrengning i kretser.
    • 2) Testing av lydutstyr
      • Analyse av frekvensrespons: Evaluer forsterkere, høyttalere og mikrofoner for å sikre flate responskurver for lydgjengivelse med høy kvalitet.
      • Lydkalibrering: Bruk verktøy som lydanalysatorer til å stille inn equalizere, miksere eller hodetelefoner for optimal ytelse.
      • 3) Telekommunikasjon
        • Signalmodulering/demodulering: Mål bærefrekvenser i radio-, Wi-Fi- eller mobilnettverk (f.eks. 5G, LTE) for å sikre riktig signaloverføring.
        • Spektrumstyring: Overvåk frekvensbånd for å unngå forstyrrelser i satellittkommunikasjon eller fiberoptiske systemer.

        4) Digitale systemer

        • Klokkesynkronisering: Verifiser klokkefrekvenser i mikroprosessorer, FPGAer eller minnemoduler for å forhindre feil timing.
        • Validering av datahastighet: Test serielle kommunikasjonsprotokoller (f.eks. USB, SPI) til 4

        5) Kraftsystemer

        • Stabilitet i nettet: Overvåk vekselstrømfrekvensen (50 Hz eller 60 Hz) for å oppdage overbelastning av nettet eller feil på generatoren.
        • Integrering av fornybar energi: Synkroniser sol-/vindomformerne med nettfrekvensen for å sikre stabil strømforsyning.

        6). nye teknologier

        • IoT-enheter: Valider sensorens samplingsfrekvens (f.eks. temperatur, bevegelse) for pålitelig datainnsamling.
        • Bilsystemer: Mål motorens turtall via veivakselposisjonssensorer eller test ADAS-radarfrekvenser (f.eks. 77 GHz)
        • 5. Tips og triks for nøyaktige frekvensmålinger
        • 1. velge riktig utstyr:
        • Frekvensområde: Velg en frekvensteller eller et oscilloskop-multimeter som kan måle frekvensområdet du arbeider med, med stor nøyaktighet. Ikke bruk en enhet med begrenset rekkevidde for høyfrekvente signaler, eller omvendt.
        • Nøyaktighet og oppløsning: Vurder hvilken nøyaktighet og oppløsning som kreves. Enheter med høyere oppløsning gir mer presise målinger, men kan være dyrere.
        • Inngangsimpedans: Tilpass måleinstrumentets inngangsimpedans til signalets kildeimpedans for å unngå signalrefleksjoner og unøyaktigheter.
        2. Sondeplassering og tilkoblinger:
        • Rene tilkoblinger: Sørg for at alle tilkoblinger er rene og sikre for å minimere støy og interferens. Bruk kabler og kontakter av høy kvalitet.
        • Riktig jording: En god jordforbindelse er avgjørende for nøyaktige målinger. Bruk en kort, lavimpedant jordforbindelse.
        • Minimer lengden på ledningene: Hold probeledningene så korte som mulig for å redusere effekten av kapasitans og induktans, spesielt ved måling av høye frekvenser.
        • Skjerming: Bruk skjermede kabler og prober for å minimere oppfanging av eksterne elektromagnetiske forstyrrelser.
        • Lasteeffekter: Vær oppmerksom på at selve måleinstrumentet kan belaste kretsen som testes. Velg prober med høy inngangsimpedans for å minimere denne effekten.
        3. Signalhensyn:
        • Signalamplitude: Sørg for at signalamplituden er innenfor det akseptable området for måleinstrumentet. Et for lavt signal kan gjøre det vanskelig å måle nøyaktig, mens et for høyt signal kan overbelaste inngangen.
        • Signalform: Vær oppmerksom på signalformen (sinus, firkant, puls osv.). Noen frekvensteller fungerer best med bestemte bølgeformer. Forvrengte eller støyende signaler kan føre til unøyaktige avlesninger.
        • Støyreduksjon: Hvis signalet er støyfylt, kan du bruke filtreringsteknikker for å redusere støyen før du måler frekvensen.
        • Stabilitet: Sørg for at signalfrekvensen er stabil under målingen. Svingninger i frekvensen kan gjøre det vanskelig å få en nøyaktig avlesning.
        4. Kalibrering og vedlikehold:
        • Regelmessig kalibrering: Kalibrer måleutstyret regelmessig for å sikre nøyaktighet.
        • Selvkalibrering: Mange moderne instrumenter har innebygde selvkalibreringsrutiner. Bruk disse regelmessig.
        • Oppvarmingstid: La måleinstrumentet få tilstrekkelig oppvarmingstid til å stabilisere seg før du foretar målinger.
        • Miljø: Unngå ekstreme temperaturer, fuktighet og vibrasjoner, da dette kan påvirke nøyaktigheten av målingene.
        5. Måleteknikker:
        • Gating Time: For frekvensteller må du velge en passende gate-tid. Lengre gate-tider gir høyere oppløsning, men tar lengre tid. Kortere gate-tider er nyttige for raskt skiftende frekvenser.
        • Gjennomsnittsberegning: Bruk teknikker for gjennomsnittsberegning for å redusere effekten av støy og jitter.
        • Utløser: Hvis du bruker et oscilloskop, må du stille inn triggernivået og stigningstallet riktig for å sikre stabile og nøyaktige målinger.

        6.ressurser for videre læring

        Nettbaserte opplæringsprogrammer:

        • Elektronikkveiledninger: Nettsteder som Electronics Tutorials (f.eks. electronics-tutorials.ws) tilbyr grunnleggende forklaringer av frekvensmålingskonsepter.
        • Alt om kretsløp: All About Circuits (allaboutcircuits.com) har artikler og fora der du kan finne informasjon om testutstyr og måleteknikk.
        • YouTube: Søk på YouTube etter "frequency measurement tutorial" eller "oscilloscope tutorial" for å finne videodemonstrasjoner.

        Bruksanvisning:

        • Produsenter av testutstyr: Sjekk nettsidene til produsenter av testutstyr som Tektronix, Keysight (tidligere Agilent), Fluke og Rigol. De har ofte applikasjonsmerknader om spesifikke måleteknikker og utstyr.
        • Komponentprodusenter: Komponentprodusenter som Analog Devices og Texas Instruments tilbyr ofte applikasjonsmerknader om bruk av deres komponenter i frekvensrelaterte kretser.

        Bøker:

        • "The Art of Electronics" av Horowitz og Hill: En klassiker innen elektronikk med detaljert informasjon om måleteknikk.
        • "Electronic Instrumentation and Measurement Techniques" av W.D. Cooper og A.D. Helfrick: En lærebok som dekker ulike elektroniske måleteknikker.

        Organisasjoner:

        • IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers): IEEE utgir tidsskrifter og konferanseprotokoller om instrumentering og måling.

        Ved å følge disse tipsene og bruke de foreslåtte ressursene kan du forbedre nøyaktigheten i frekvensmålingene dine og få en dypere forståelse av de underliggende prinsippene. Husk at øvelse er nøkkelen! Jo mer du jobber med frekvensmåleutstyr, desto bedre blir du.

        5.Konklusjon

        Frekvens er antall sykluser av en gjentakende hendelse per tidsenhet, vanligvis målt i Hertz (Hz), som betyr sykluser per sekund.

        Bølgelengde er avstanden mellom to påfølgende punkter i en bølge som er i samme fase (f.eks. to topper eller to bølgedaler). Frekvens og bølgelengde er omvendt proporsjonale.

        Periode er tiden det tar for en hel syklus av en bølge. Det er det inverse av frekvens.

        Amplitude er den maksimale forskyvningen av en bølge fra dens likevektsposisjon. Den representerer bølgens styrke eller intensitet.

        Fase beskriver posisjonen til et punkt i en bølgesyklus i forhold til et referansepunkt. Det bidrar til å forstå hvordan bølger interagerer med hverandre.

        Viktigheten av å forstå frekvens:

        • Grunnleggende for kretsanalyse: Frekvensen er en grunnleggende parameter når man analyserer og designer elektroniske kretser. Den påvirker hvordan komponenter som kondensatorer og induktorer oppfører seg.
        • Signalbehandling: Frekvensforståelse er avgjørende i signalbehandling, der signaler manipuleres og analyseres basert på frekvensinnholdet.
        • Kommunikasjonssystemer: Frekvenser er ryggraden i kommunikasjonssystemer, ettersom informasjon overføres ved hjelp av signaler med bestemte frekvenser.
        • Feilsøking: Ved å analysere signalfrekvenser kan man identifisere defekte komponenter og diagnostisere problemer i elektroniske kretser.
        • Valg av komponenter: Valg av riktige komponenter til en krets avhenger ofte av hvordan de oppfører seg ved bestemte frekvenser.
        • Systemdesign: Design av elektroniske systemer, fra lydforsterkere til radiosendere, krever en dyp forståelse av frekvenser og hva de innebærer.

        Frekvens er en hjørnestein i elektronikken. Den er involvert i nesten alle aspekter, fra grunnleggende kretsanalyse til komplekse kommunikasjonssystemer. En solid forståelse av frekvensbegreper er avgjørende for alle som jobber med elektronikk, slik at de kan designe, analysere, feilsøke og forstå virkemåten til elektroniske kretser og systemer.

        ZOYI Online Shop tilbyr digitalt oscilloskop, smart digitalt multimeter, profesjonelt digitalt multimeter, automatisk rekkevidde og manuell rekkevidde multimeter, dobbeltinjeksjon digitalt multimeter, Bluetooth digitalt multimeter etc. Vi tilbyr overlegen kundesupport, gratis fraktservice og 12 måneders garanti i tilfelle noe går galt.

        Legg gjerne igjen en kommentar hvis du har spørsmål eller er i tvil om hva frekvens er. Og velkommen til å besøke vår ZOYI nettbutikk for å lære mer om frekvensmåleverktøy.