Wat is frequentie?

Stel je voor dat je de afstandsbediening van je kind probeert te repareren. Hij hapert, gaat goed vooruit en gaat dan plotseling zonder reden achteruit. Je hebt de batterijen gecontroleerd en ze zijn goed. Dus je breekt hem open in de hoop een losse draad te vinden. Je hebt je trouwe multimeter en een kleine oscilloscoop die je van een vriend hebt geleend. Je prikt wat rond om de aansluitingen te controleren en dan klem je de scoopsondes op het motorbesturingscircuit. Je verwacht een mooie, zuivere blokgolf te zien als je op de vooruitknop drukt. In plaats daarvan toont het scherm een vreemd, wiebelig, bijna hartslagachtig patroon. Het is helemaal niet het stabiele aan/uit signaal dat je verwacht. En dit is de frequentie.

Frequentie is een fundamenteel begrip in elektronica. Het is essentieel om te begrijpen hoe schakelingen werken, problemen op te lossen, nieuwe schakelingen te ontwerpen en de veiligheid te waarborgen. Door frequentie te beheersen, kun je effectiever en efficiënter werken met elektronische systemen.

Inzicht in frequentie is absoluut cruciaal voor iedereen die met elektronica werkt, en vooral bij het gebruik van instrumenten als oscilloscopen en multimeters. Laten we hier meer leren over wat frequentie is.

1. Wat is frequentie?

Frequentie is eigenlijk hoe vaak iets gebeurt in een bepaalde periode. Het verwijst naar het aantal keren dat een zich herhalende gebeurtenis zich voordoet per tijdseenheid. In de context van elektrische signalen beschrijft het hoe vaak een golfvorm (zoals een sinusgolf, blokgolf of een ander periodiek signaal) zich herhaalt in één seconde.

Zie het als hoe vaak een gebeurtenis zich herhaalt in een bepaald tijdsbestek, meestal een seconde. We meten frequentie in Hertz (Hz).

Hier zijn een paar voorbeelden om het je duidelijk te maken:

• Knipperend licht: Stel je een gloeilamp voor die aan en uit knippert. Als hij één keer per seconde knippert, zeggen we dat hij een frequentie van 1 Hz heeft. Als hij vijf keer per seconde knippert, heeft hij een frequentie van 5 Hz.
• Gitaarsnaar: Als je op een gitaarsnaar tokkelt, trilt die heen en weer. Als hij 440 keer per seconde trilt, produceert hij een muzieknoot met een frequentie van 440 Hz.
• Hartslag: Je hart klopt regelmatig. Als het 60 keer per minuut slaat, is dat ongeveer gelijk aan 1 slag per seconde, dus de frequentie is ongeveer 1 Hz.

In wezen vertelt frequentie ons hoe vaak iets voorkomt. Hoe hoger de frequentie, hoe vaker de gebeurtenis voorkomt.

Laten we sinusgolven en frequentie eens uit elkaar halen met behulp van wat visuals:

1). De sinusgolf (onderstaande afbeelding komt van https://reviseomatic.org/)

sinusgolf met pieken, dalen en één volledige cyclus met het label

*  Pieken: De hoogste punten van de golf.

* Troggen: De laagste punten van de golf.

* Cyclus: Eén volledige herhaling van het golfpatroon.

2). Frequentie

Frequentie is het aantal cycli dat in één seconde voorkomt. Het wordt gemeten in Hertz (Hz).

• Voorbeeld: Als de sinusgolf hierboven elke seconde een cyclus doorloopt, is de frequentie 1 Hz.

3).Hoe de frequentie de golfvorm beïnvloedt

(Deze afbeelding komt van https://www.cs.csustan.edu/)

drie sinusgolven met verschillende frequenties: lage frequentie, middenfrequentie, hoge frequentie

* Lage frequentie: De golf heeft minder cycli per seconde, dus hij lijkt breder en langzamer.

* Hoge frequentie: De golf heeft meer cycli per seconde, dus lijkt hij smaller en sneller.

Belangrijke punten

• Golflengte: De afstand tussen twee opeenvolgende pieken of dalen. Een hogere frequentie betekent een kortere golflengte.
• Amplitude: De hoogte van de golf vanaf de middellijn tot een piek of trog. De amplitude wordt niet beïnvloed door de frequentie.

Inzicht in frequentie helpt ons bij het analyseren en interpreteren van signalen in de elektronica. Door te observeren hoe golfvormen veranderen met de frequentie, kunnen we mogelijke problemen identificeren en ervoor zorgen dat onze circuits correct werken.

2.Frequentie meten met een oscilloscoop-multimeter

Frequentie kan op een aantal verschillende manieren gemeten worden, afhankelijk van het type signaal en het gereedschap dat je tot je beschikking hebt. Hier volgen enkele veelgebruikte methoden:

1) Een frequentieteller gebruiken

• Hoe het werkt: Een frequentieteller is een gespecialiseerd instrument dat speciaal is ontworpen om frequenties te meten. Het telt het aantal cycli van een signaal binnen een bepaalde tijdsperiode en geeft het resultaat weer in Hertz (Hz).
• Hoe te gebruiken:
  • Sluit de frequentieteller aan op de signaalbron.
  • Selecteer het juiste ingangsbereik op de teller.
  • De teller zal automatisch de frequentie meten en weergeven.

2). Een oscilloscoop gebruiken

• Hoe het werkt: Een oscilloscoop geeft een visuele weergave van een signaal als een golfvorm. Je kunt de frequentie bepalen door de tijd te meten die nodig is voor een volledige cyclus (de periode) en vervolgens de frequentie te berekenen met de formule: Frequentie = 1 / Periode.
• Hoe te gebruiken:
  • Sluit de oscilloscoopprobes aan op de signaalbron.
  • Pas de tijdbasis en verticale schaal op de oscilloscoop aan om een duidelijk beeld van de golfvorm te krijgen.
  • Meet de tijd voor een complete cyclus (periode) met de streepplaat of cursors van de oscilloscoop.
  • Bereken de frequentie met de bovenstaande formule.

3). Een multimeter gebruiken om frequenties te meten

• Hoe het werkt: Sommige digitale multimeters hebben een ingebouwde frequentiemeetfunctie. Zo ook ons nieuwe model ZT-703S oscilloscoop-multimeters, Ze kunnen de frequentie van wisselsignalen meten.
• Hoe te gebruiken:
  • Ga naar het zesde paginamenu op ZT-703S oscilloscoop multimeters Druk op de F1-toets om de uitgebreide toepassingen te openen. Op dit punt toont het scherm opties voor het doorbladeren van afbeeldingen en signaaluitvoerpatronen. Kies signaaluitvoer en druk vervolgens op de MENU toets om de instellingeninterface van de signaalgeneratoruitvoer te openen.
  • Gebruik de pijltjestoetsen omhoog en omlaag om de uitgangsgolfvorm te selecteren als sinusgolf, blokgolf, driehoekgolf, halve golf, volle golf of zaagtandgolf. Het scherm toont synchroon de overeenkomstige golfvorm.
  • Gebruik de pijltjestoetsen links en rechts om de frequentie-eenheid te schakelen tussen 1Hz en 1KHz.

• Opmerking: deze handeling is van ZT-703S oscilloscoop multimeters gebruiksaanwijzing op pagina 25

  4). Op software gebaseerde meting

• 

  • Hoe het werkt: Er zijn softwaretoepassingen beschikbaar die de frequentie kunnen meten met behulp van de geluidskaart van een computer of andere invoerapparaten. Deze toepassingen analyseren het binnenkomende signaal en berekenen de frequentie.
  • Hoe te gebruiken:
    • Sluit de signaalbron aan op de audio-ingang van de computer of een andere geschikte ingang.
    • Installeer de software voor frequentiemetingen en voer deze uit.
    • Volg de instructies van de software om de frequentie te meten.

• Belangrijke overwegingen:

  • Signaaltype: De methode die je kiest kan afhangen van het type signaal dat je meet (bijvoorbeeld sinus, blokgolf, pulstrein).
  • Frequentiebereik: Zorg ervoor dat het instrument dat je gebruikt het frequentiebereik van je signaal kan meten.
  • Nauwkeurigheid: De nauwkeurigheid van de meting hangt af van het instrument en de signaalkwaliteit.

  3. Factoren die frequentiemetingen beïnvloeden

  Er zijn een aantal potentiële foutbronnen zoals ruis, signaalvervorming, onjuiste plaatsing van de taster, enz. die frequentiemetingen beïnvloeden. Hier volgen enkele aanvullende details over enkele van deze foutbronnen:

  • Lawaai: Ruis kan door verschillende factoren worden veroorzaakt, zoals thermische ruis, borrelruis en flikkerruis. Ruis kan worden verminderd door een ruisarme versterker te gebruiken of door het signaal te filteren.
  • Signaalvervorming: Signaalvervorming kan worden veroorzaakt door factoren zoals clippen, verzadiging en niet-lineariteit. Dit kan verminderd worden door een versterker van hoge kwaliteit te gebruiken en ervoor te zorgen dat het signaal niet overbelast wordt.
  • Verkeerde plaatsing van de sonde: De sonde moet op een plek worden geplaatst waar hij het signaal sterk en zonder interferentie kan oppikken. Hij moet ook goed georiënteerd zijn.
  • Storing: Storing kan worden veroorzaakt door andere signalen in de omgeving, zoals radiogolven of elektromagnetische velden. Dit kan verminderd worden door het signaal af te schermen of door een filter te gebruiken om de stoorsignalen te blokkeren.

  (Deze worden gerapporteerd door onderstaande foto-onderzoekswebsites)

• 

  Het is dus belangrijk om je bewust te zijn van de mogelijke foutbronnen in frequentiemetingen, zodat je stappen kunt ondernemen om deze te minimaliseren.

  De juiste instelling en kalibratie van frequentietestapparatuur zijn cruciaal voor het verkrijgen van nauwkeurige en betrouwbare metingen. Dit is waarom:

  1. Nauwkeurigheid en betrouwbaarheid:
  • Zorgt ervoor dat de metingen kloppen: Kalibratie controleert of de apparatuur frequenties meet binnen de gespecificeerde nauwkeurigheidsgrenzen. Zonder kalibratie kunnen de metingen afwijken, wat kan leiden tot onjuiste conclusies.  
  • Vermindert fouten: Een juiste opstelling minimaliseert externe factoren zoals interferentie of onjuiste aansluitingen die metingen kunnen verstoren.
  • Consistentie: Kalibratie zorgt ervoor dat de apparatuur in de loop van de tijd consistente metingen levert, waardoor betrouwbare vergelijkingen en trendanalyses mogelijk zijn.
  2. Naleving en normen:
  • Voldoet aan de industrienormen: Veel industrieën hebben voorschriften die gekalibreerde apparatuur vereisen voor kwaliteitscontrole en veiligheid.  
  • Traceerbaarheid: Kalibratie koppelt metingen aan nationale of internationale standaarden en zorgt zo voor wereldwijde consistentie en vergelijkbaarheid.  
  3. Besluitvorming:
  • Geïnformeerde beslissingen: Nauwkeurige frequentiemetingen zijn essentieel op diverse gebieden, van onderzoek en ontwikkeling tot productie en telecommunicatie. Een juiste instelling en kalibratie zorgen ervoor dat beslissingen op basis van deze metingen goed zijn.  
  • Vermijd dure fouten: Onnauwkeurige metingen kunnen leiden tot gebrekkige ontwerpen, productiefouten of zelfs veiligheidsrisico's.  
  4. Levensduur van apparatuur:
  • Verlengt de levensduur: Regelmatige kalibratie kan slijtage of potentiële problemen in een vroeg stadium opsporen, waardoor tijdig onderhoud kan worden uitgevoerd en voortijdige storingen kunnen worden voorkomen.  
  • Optimaliseert de prestaties: De juiste instelling en kalibratie zorgen ervoor dat de apparatuur optimaal werkt, zodat de mogelijkheden optimaal zijn.

    Een juiste instelling en kalibratie zijn van fundamenteel belang om de nauwkeurigheid, betrouwbaarheid en consistentie van frequentiemetingen te garanderen. Ze zijn essentieel voor geïnformeerde besluitvorming, naleving van normen en het maximaliseren van de levensduur. Wanneer u op zoek bent naar een betrouwbare oscilloscoop-multimeters, is het beter om aandacht te besteden aan deze factoren.

    4.Toepassingen van frequentiemetingen

  • 

    Frequentiemeting is een cruciaal hulpmiddel in elektronica en techniek. Hieronder staan praktische voorbeelden van het gebruik ervan in verschillende industrieën:

    1).Problemen oplossen in elektronische schakelingen

    • Defecte onderdelen identificeren: Door afwijkingen in verwachte signaalfrequenties te analyseren (bijvoorbeeld met oscilloscopen of spectrumanalyzers) kunnen technici defecte oscillatoren, filters of sensoren detecteren.
    • Problemen met signaalintegriteit diagnosticeren: Kloksignalen of PWM-uitgangen meten om timingfouten, ruis of vervorming in circuits op te sporen.
    • 2).Het testen van audioapparatuur
      • Frequentieresponsanalyse: Versterkers, luidsprekers en microfoons evalueren om vlakke responscurves te garanderen voor een natuurgetrouwe geluidsweergave.
      • Audiokalibratie: Gebruik hulpmiddelen zoals audio-analyzers om equalizers, mixers of koptelefoons af te stellen voor optimale prestaties.
      • 3).Telecommunicatie
        • Signaalmodulatie/demodulatie: Meet draaggolffrequenties in radio-, Wi-Fi- of cellulaire netwerken (bijv. 5G, LTE) om de juiste signaaloverdracht te garanderen.
        • Spectrumbeheer: Controleer frequentiebanden om interferentie in satellietcommunicatie of glasvezelsystemen te voorkomen.

        4).Digitale systemen

        • Kloksynchronisatie: Controleer klokfrequenties in microprocessoren, FPGA's of geheugenmodules om timingfouten te voorkomen.
        • Validatie gegevenssnelheid: Seriële communicatieprotocollen testen (bijv. USB, SPI) tot 4

        5).Vermogenssystemen

        • Netstabiliteit: De frequentie van de wisselstroomvoeding (50 Hz of 60 Hz) bewaken om overbelasting van het elektriciteitsnet of storingen van de generator te detecteren.
        • Integratie van hernieuwbare energie: Synchroniseer zonne-/windomvormers met de netfrequentie om een stabiele stroomlevering te garanderen.

        6).Opkomende technologieën

        • IoT-apparaten: Valideer de bemonsteringsfrequenties van sensoren (bijv. temperatuur, beweging) voor betrouwbare gegevensverwerving.
        • Automobielsystemen: Motortoerental meten via krukaspositiesensoren of ADAS-radarfrequenties testen (bijv. 77 GHz)
        • 5.Tips en trucs voor nauwkeurige frequentiemetingen
        • 1.De juiste apparatuur kiezen:
        • Frequentiebereik: Kies een frequentieteller of oscilloscoop-multimeter die nauwkeurig het frequentiebereik kan meten waarmee je werkt. Gebruik geen apparaat met een beperkt bereik voor hoogfrequente signalen, of andersom.
        • Nauwkeurigheid en resolutie: Overweeg de vereiste nauwkeurigheid en resolutie. Apparaten met een hogere resolutie bieden nauwkeurigere metingen, maar kunnen duurder zijn.
        • Ingangsimpedantie: Stem de ingangsimpedantie van het meetinstrument af op de bronimpedantie van het signaal om signaalreflecties en onnauwkeurigheden te voorkomen.
        2. Plaatsing en verbindingen van de sonde:
        • Schone verbindingen: Zorg ervoor dat alle aansluitingen schoon en stevig zijn om ruis en interferentie te minimaliseren. Gebruik kabels en connectoren van hoge kwaliteit.
        • Juiste aarding: Een goede aardverbinding is essentieel voor nauwkeurige metingen. Gebruik een korte, laagohmige massaverbinding.
        • Minimaliseer de lengte van afleidingen: Houd de meetsnoeren zo kort mogelijk om de effecten van capaciteit en inductie te verminderen, vooral bij het meten van hoge frequenties.
        • Afscherming: Gebruik afgeschermde kabels en sondes om het oppikken van externe elektromagnetische interferentie te minimaliseren.
        • Effecten laden: Houd er rekening mee dat het meetinstrument zelf het te testen circuit kan belasten. Kies probes met een hoge ingangsimpedantie om dit effect te minimaliseren.
        3. Signaaloverwegingen:
        • Signaalamplitude: Zorg dat de signaalamplitude binnen het acceptabele bereik voor het meetinstrument ligt. Een te laag signaal kan moeilijk nauwkeurig te meten zijn, terwijl een te hoog signaal de ingang kan overbelasten.
        • Signaalvorm: Let op de signaalvorm (sinus, kwadraat, puls, etc.). Sommige frequentietellers werken het beste met specifieke golfvormen. Vervormde of ruisende signalen kunnen leiden tot onnauwkeurige meetwaarden.
        • Ruisonderdrukking: Als het signaal ruis bevat, gebruik dan filtertechnieken om de ruis te verminderen voordat je de frequentie meet.
        • Stabiliteit: Zorg ervoor dat de signaalfrequentie stabiel is tijdens de meting. Schommelingen in de frequentie kunnen het verkrijgen van een nauwkeurige meting bemoeilijken.
        4. Kalibratie en onderhoud:
        • Regelmatige kalibratie: Kalibreer je meetapparatuur regelmatig om nauwkeurigheid te garanderen.
        • Zelfkalibratie: Veel moderne instrumenten hebben ingebouwde zelfkalibratieroutines. Gebruik deze regelmatig.
        • Opwarmtijd: Geef het meetinstrument voldoende opwarmtijd om te stabiliseren voordat u metingen uitvoert.
        • Milieu: Vermijd extreme temperaturen, vochtigheid en trillingen, omdat deze de nauwkeurigheid van de metingen kunnen beïnvloeden.
        5. Meettechnieken:
        • Gating-tijd: Kies voor frequentietellers een geschikte poorttijd. Langere poorttijden geven een hogere resolutie maar duren langer. Kortere poorttijden zijn nuttig voor snel veranderende frequenties.
        • Middeling: Gebruik middelingstechnieken om de effecten van ruis en jitter te verminderen.
        • Triggering: Als u een oscilloscoop gebruikt, stel dan het triggerniveau en de helling correct in om stabiele en nauwkeurige metingen te garanderen.

        6Bronnen voor verder leren

        Online zelfstudies:

        • Elektronica-oefeningen: Websites zoals Electronics Tutorials (bijvoorbeeld electronics-tutorials.ws) bieden basisuitleg over frequentiemeetconcepten.
        • Alles over schakelingen: All About Circuits (allaboutcircuits.com) heeft artikelen en forums waar je informatie kunt vinden over testapparatuur en meettechnieken.
        • YouTube: Zoek op YouTube naar "frequency measurement tutorial" of "oscilloscope tutorial" voor videodemonstraties.

        Toepassingsadviezen:

        • Fabrikanten van testapparatuur: Kijk op de websites van fabrikanten van testapparatuur zoals Tektronix, Keysight (voorheen Agilent), Fluke en Rigol. Ze hebben vaak toepassingsadviezen over specifieke meettechnieken en apparatuur.
        • Fabrikanten van onderdelen: Componentenfabrikanten zoals Analog Devices en Texas Instruments bieden vaak toepassingsadviezen over het gebruik van hun componenten in frequentiegerelateerde schakelingen.

        Boeken:

        • "De kunst van elektronica" door Horowitz en Hill: Een klassieke tekst over elektronica met gedetailleerde informatie over meettechnieken.
        • "Electronic Instrumentation and Measurement Techniques" door W.D. Cooper en A.D. Helfrick: Een leerboek over verschillende elektronische meettechnieken.

        Organisaties:

        • IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers): IEEE publiceert tijdschriften en conferentiehandelingen over instrumentatie en meting.

        Door deze tips op te volgen en de voorgestelde bronnen te gebruiken, kun je de nauwkeurigheid van je frequentiemetingen verbeteren en je inzicht in de onderliggende principes verdiepen. Oefening baart kunst! Hoe meer je werkt met frequentiemeetapparatuur, hoe vaardiger je wordt.

        5.Conclusie

        Frequentie is het aantal cycli van een zich herhalende gebeurtenis per tijdseenheid, meestal gemeten in Hertz (Hz), wat cycli per seconde betekent.

        Golflengte is de afstand tussen twee opeenvolgende punten in een golf die in dezelfde fase zijn (bijvoorbeeld twee pieken of twee dalen). Frequentie en golflengte zijn omgekeerd evenredig.

        Periode is de tijd die nodig is voor één volledige cyclus van een golf. Het is het omgekeerde van frequentie.

        Amplitude is de maximale verplaatsing van een golf vanuit zijn evenwichtspositie. Het vertegenwoordigt de sterkte of intensiteit van de golf.

        Fase beschrijft de positie van een punt in een golfcyclus ten opzichte van een referentiepunt. Het helpt begrijpen hoe golven op elkaar inwerken.

        Het belang van het begrijpen van frequentie:

        • Essentieel voor Circuitanalyse: Frequentie is een fundamentele parameter bij het analyseren en ontwerpen van elektronische schakelingen. Het beïnvloedt hoe componenten zoals condensatoren en spoelen zich gedragen.
        • Signaalverwerking: Inzicht in frequentie is cruciaal bij signaalverwerking, waarbij signalen worden gemanipuleerd en geanalyseerd op basis van hun frequentie-inhoud.
        • Communicatiesystemen: Frequentie is de ruggengraat van communicatiesystemen, aangezien informatie wordt verzonden via signalen met specifieke frequenties.
        • Problemen oplossen: Het analyseren van signaalfrequenties helpt om defecte componenten te identificeren en problemen in elektronische circuits te diagnosticeren.
        • Componentselectie: Het kiezen van de juiste componenten voor een schakeling hangt vaak af van hun gedrag bij specifieke frequenties.
        • Systeemontwerp: Het ontwerpen van elektronische systemen, van audioversterkers tot radiozenders, vereist een grondig begrip van frequentie en de implicaties ervan.

        Frequentie is een hoeksteen van elektronica. Het is betrokken bij bijna elk aspect, van basisanalyse van schakelingen tot complexe communicatiesystemen. Een gedegen begrip van frequentieconcepten is essentieel voor iedereen die met elektronica werkt. Het stelt hen in staat om elektronische schakelingen en systemen te ontwerpen, te analyseren, problemen op te lossen en het gedrag ervan te begrijpen.

        De ZOYI Online Shop levert digitale oscilloscopen, slimme digitale multimeters, professionele digitale multimeters, multimeters met automatisch bereik en handmatige bereik, digitale multimeters met dubbele injectie, Bluetooth digitale multimeters enz. Wij bieden superieure klantenservice, gratis verzending en 12 maanden garantie voor het geval er iets misgaat.

        Laat gerust je commentaar achter als je vragen of twijfels hebt over wat frequentie is. En bezoek onze ZOYI online shop voor meer informatie over instrumenten voor frequentiemetingen.