Ce este frecvența?

Imaginează-ți că încerci să repari mașina de control de la distanță a copilului tău. Are probleme, merge bine înainte, apoi brusc dă înapoi fără niciun motiv. Ați verificat bateriile și sunt bune. Deci, o deschizi, sperând să găsești un fir slăbit. Ai multimetrul tău de încredere și un mic osciloscop împrumutat de la un prieten. Verificați conexiunile, apoi fixați sondele osciloscopului pe circuitul de control al motorului. Te aștepți să vezi o undă pătrată frumoasă și curată atunci când apeși butonul de mers înainte. În schimb, ecranul afișează acest model ciudat, oscilant, aproape ca o bătaie de inimă. Nu este deloc semnalul constant de pornire/oprire la care vă așteptați. Și aceasta este frecvența.

Frecvența este un concept fundamental în electronică. Este esențială pentru înțelegerea modului în care funcționează circuitele, pentru depanarea problemelor, proiectarea de noi circuite și asigurarea siguranței. Prin stăpânirea frecvenței, veți putea să lucrați mai eficient și mai eficace cu sistemele electronice.

Înțelegerea frecvenței este absolut crucială pentru oricine lucrează cu electronică, în special atunci când utilizează instrumente precum osciloscoape și multimetre. Să aflăm mai multe despre ce este frecvența.

1. Ce este frecvența?

Frecvența reprezintă practic frecvența cu care se întâmplă ceva într-o perioadă de timp. Se referă la numărul de ori în care un eveniment care se repetă are loc per unitate de timp. În contextul semnalelor electrice, aceasta descrie frecvența cu care o formă de undă (cum ar fi o undă sinusoidală, o undă pătrată sau orice alt semnal periodic) se repetă pe parcursul unei secunde.

Închipuiți-vă de câte ori se repetă un eveniment într-un anumit interval de timp, de obicei o secundă. Frecvența se măsoară în Hertz (Hz).

Iată câteva exemple pentru a vă ajuta să înțelegeți:

• Lumină intermitentă: Imaginați-vă un bec care clipește și se stinge. Dacă clipește o dată la fiecare secundă, spunem că are o frecvență de 1 Hz. Dacă clipește de cinci ori la fiecare secundă, are o frecvență de 5 Hz.
• Coardă de chitară: Când ciupești o coardă de chitară, aceasta vibrează înainte și înapoi. Dacă vibrează de 440 de ori pe secundă, produce o notă muzicală cu o frecvență de 440 Hz.
• Bătăile inimii: Inima dumneavoastră bate regulat. Dacă bate de 60 de ori pe minut, acest lucru este aproximativ echivalent cu o bătaie pe secundă, deci frecvența sa este de aproximativ 1 Hz.

În esență, frecvența ne spune cât de repetitiv este ceva. Cu cât frecvența este mai mare, cu atât evenimentul are loc mai des.

Să analizăm undele sinusoidale și frecvența cu ajutorul unor imagini:

1). Unda sinusoidală (imaginea de mai jos provine de la https://reviseomatic.org/)

undă sinusoidală cu vârfuri, depresiuni și un ciclu complet etichetat

*  Vârfuri: Cele mai înalte puncte ale valului.

* Troughs: Cele mai joase puncte ale valului.

* Ciclul: O repetiție completă a modelului de undă.

2). Frecvența

Frecvența este numărul de cicluri care au loc într-o secundă. Se măsoară în Hertz (Hz).

• Exemplu: Dacă unda sinusoidală de mai sus completează un ciclu la fiecare secundă, frecvența sa este de 1 Hz.

3).Cum afectează frecvența forma de undă

(Această imagine provine de la https://www.cs.csustan.edu/)

trei unde sinusoidale cu frecvențe diferite: frecvență joasă, frecvență medie, frecvență înaltă

* Frecvență joasă: Unda are mai puține cicluri pe secundă, astfel încât pare mai largă și mai lentă.

* Frecvență înaltă: Unda are mai multe cicluri pe secundă, deci pare mai îngustă și mai rapidă.

Puncte cheie

• Lungimea de undă: Distanța dintre două vârfuri sau depresiuni consecutive. O frecvență mai mare înseamnă o lungime de undă mai mică.
• Amplitudine: Înălțimea undei de la linia mediană până la un vârf sau o depresiune. Amplitudinea nu este afectată de frecvență.

Înțelegerea frecvenței ne ajută să analizăm și să interpretăm semnalele în electronică. Prin observarea modului în care formele de undă se modifică în funcție de frecvență, putem identifica potențiale probleme și ne putem asigura că circuitele noastre funcționează corect.

2.Cum se măsoară frecvența cu un multimetru osciloscop

Frecvența poate fi măsurată în câteva moduri diferite, în funcție de tipul de semnal și de instrumentele pe care le aveți la dispoziție. Iată câteva metode comune:

1) Utilizarea unui contor de frecvență

• Cum funcționează: Un contor de frecvență este un instrument special conceput special pentru a măsura frecvența. Acesta numără numărul de cicluri ale unui semnal într-o anumită perioadă de timp și afișează rezultatul în Hertz (Hz).
• Cum să îl utilizați:
  • Conectați contorul de frecvență la sursa de semnal.
  • Selectați intervalul de intrare corespunzător pe contor.
  • Contorul va măsura și va afișa automat frecvența.

2). Utilizarea unui osciloscop

• Cum funcționează: Un osciloscop afișează o reprezentare vizuală a unui semnal ca formă de undă. Puteți determina frecvența măsurând timpul necesar pentru un ciclu complet (perioada) și apoi calculând frecvența folosind formula: Frecvență = 1 / Perioadă.
• Cum să îl utilizați:
  • Conectați sondele osciloscopului la sursa de semnal.
  • Reglați baza de timp și scara verticală a osciloscopului pentru a obține o vizualizare clară a formei de undă.
  • Măsurați timpul pentru un ciclu complet (perioadă) folosind graticula sau cursorii osciloscopului.
  • Calculați frecvența folosind formula menționată mai sus.

3). Utilizarea unui multimetru cu măsurarea frecvenței

• Cum funcționează: Unele multimetre digitale au o funcție integrată de măsurare a frecvenței. La fel face și noul nostru model ZT-703S osciloscoape multimetre, Ele pot măsura frecvența semnalelor de curent alternativ.
• Cum să îl utilizați:
  • Introduceți meniul paginii a șasea pe ZT-703S osciloscop multimetre apăsați tasta F1 pentru a accesa aplicațiile extinse. În acest moment, ecranul afișează opțiuni pentru navigarea prin imagini și modele de ieșire a semnalului. Alegeți ieșire semnal, apoi apăsați tasta MENU pentru a intra în interfața de setări de ieșire a generatorului de semnal.
  • Utilizați tastele săgeată sus și jos pentru a selecta forma de undă de ieșire ca undă sinusoidală, undă pătrată, undă triunghiulară, jumătate de undă, undă completă sau undă dințată. Fereastra de afișare a ecranului afișează sincron forma de undă corespunzătoare.
  • Utilizați tastele săgeată stânga și dreapta pentru a comuta unitatea de frecvență între 1Hz și 1KHz.

• Notă: această operațiune este de la ZT-703S Osciloscop multimetre manual de utilizare pe pagina 25

  4). Măsurarea bazată pe software

• 

  • Cum funcționează: Există aplicații software disponibile care pot măsura frecvența utilizând placa de sunet a unui computer sau alte dispozitive de intrare. Aceste aplicații analizează semnalul de intrare și calculează frecvența.
  • Cum să îl utilizați:
    • Conectați sursa de semnal la intrarea audio a computerului sau la altă intrare corespunzătoare.
    • Instalați și rulați software-ul de măsurare a frecvenței.
    • Urmați instrucțiunile software-ului pentru a măsura frecvența.

• Considerații importante:

  • Tip semnal: Metoda pe care o alegeți poate depinde de tipul de semnal pe care îl măsurați (de exemplu, undă sinusoidală, undă pătrată, tren de impulsuri).
  • Gama de frecvențe: Asigurați-vă că instrumentul pe care îl utilizați este capabil să măsoare gama de frecvențe a semnalului dumneavoastră.
  • Acuratețe: Precizia măsurătorii va depinde de instrument și de calitatea semnalului.

  3. Factori care afectează măsurătorile de frecvență

  Există unele surse potențiale de eroare, cum ar fi zgomotul, distorsiunea semnalului, plasarea necorespunzătoare a sondei etc., care afectează măsurătorile de frecvență. Iată câteva detalii suplimentare privind câteva dintre aceste surse de eroare:

  • Zgomot: Zgomotul poate fi cauzat de o varietate de factori, cum ar fi zgomotul termic, zgomotul de împușcare și zgomotul de pâlpâire. Acesta poate fi redus prin utilizarea unui amplificator cu zgomot redus sau prin filtrarea semnalului.
  • Distorsiunea semnalului: Distorsiunea semnalului poate fi cauzată de factori precum clipping, saturație și neliniaritate. Aceasta poate fi redusă prin utilizarea unui amplificator de înaltă calitate și prin asigurarea că semnalul nu este supraîncărcat.
  • Plasarea necorespunzătoare a sondei: Sonda trebuie amplasată într-un loc în care să poată capta semnalul puternic și fără interferențe. De asemenea, trebuie să fie orientată corect.
  • Interferențe: Interferențele pot fi cauzate de alte semnale din mediu, cum ar fi undele radio sau câmpurile electromagnetice. Interferența poate fi redusă prin ecranarea semnalului sau prin utilizarea unui filtru pentru a bloca semnalele de interferență.

  (Acestea sunt raportate de site-urile de cercetare cu imaginea de mai jos)

• 

  Prin urmare, este important să fiți conștienți de potențialele surse de eroare în măsurătorile de frecvență, astfel încât să puteți lua măsuri pentru a le minimiza.

  Configurarea și calibrarea corespunzătoare a echipamentelor de testare a frecvenței sunt esențiale pentru obținerea unor măsurători precise și fiabile. Iată de ce:

  1. Acuratețe și fiabilitate:
  • Asigură că măsurătorile sunt reale: Calibrarea verifică dacă echipamentul măsoară frecvențele în limitele de precizie specificate. Fără calibrare, citirile pot fi eronate, ceea ce duce la concluzii incorecte.  
  • Reduce erorile: Configurarea corectă minimizează factorii externi precum interferențele sau conexiunile necorespunzătoare care pot distorsiona citirile.
  • Consistență: Calibrarea asigură că echipamentul furnizează citiri constante în timp, permițând comparații fiabile și analiza tendințelor.
  2. Conformitate și standarde:
  • Îndeplinește standardele industriei: Multe industrii au reglementări care necesită echipamente calibrate pentru controlul calității și siguranță.  
  • Trasabilitate: Calibrarea leagă măsurătorile de standardele naționale sau internaționale, asigurând coerența și comparabilitatea la nivel global.  
  3. Luarea deciziilor:
  • Decizii informate: Măsurătorile precise de frecvență sunt esențiale în diverse domenii, de la cercetare și dezvoltare la producție și telecomunicații. Configurarea și calibrarea corespunzătoare asigură decizii corecte bazate pe aceste măsurători.  
  • Evitați greșelile costisitoare: Măsurătorile inexacte pot duce la proiecte defectuoase, erori de producție sau chiar pericole pentru siguranță.  
  4. Longevitatea echipamentului:
  • Prelungește durata de viață: Calibrarea regulată poate identifica din timp uzura sau potențialele probleme, permițând întreținerea în timp util și prevenirea defecțiunilor premature.  
  • Optimizează performanța: Configurarea și calibrarea corespunzătoare asigură funcționarea optimă a echipamentului, maximizându-i capacitățile.

    Configurarea și calibrarea corespunzătoare sunt fundamentale pentru asigurarea preciziei, fiabilității și consecvenței măsurătorilor de frecvență. Acestea sunt esențiale pentru luarea deciziilor în cunoștință de cauză, respectarea standardelor și maximizarea duratei de viață. Atunci când căutați un osciloscoape multimetre, este mai bine să acordați atenție acestor factori.

    4.Aplicații de măsurare a frecvenței

  • 

    Măsurarea frecvenței este un instrument esențial în electronică și inginerie. Mai jos sunt prezentate exemple practice de utilizare a acesteia în diverse industrii:

    1).Depanarea circuitelor electronice

    • Identificarea componentelor defecte: Analizând abaterile de la frecvențele așteptate ale semnalului (de exemplu, folosind osciloscoape sau analizoare de spectru), inginerii pot detecta funcționarea defectuoasă a oscilatoarelor, filtrelor sau senzorilor.
    • Diagnosticarea problemelor de integritate a semnalului: Măsurați semnale de ceas sau ieșiri PWM pentru a localiza erori de sincronizare, zgomot sau distorsiuni în circuite.
    • 2).Testarea echipamentelor audio
      • Analiza răspunsului la frecvență: Evaluați amplificatoarele, difuzoarele și microfoanele pentru a asigura curbe de răspuns plate pentru reproducerea sunetului de înaltă fidelitate.
      • Calibrare audio: Utilizați instrumente precum analizoarele audio pentru a regla egalizatoarele, mixerele sau căștile pentru o performanță optimă.
      • 3).Telecomunicații
        • Modulația/demodulația semnalului: Măsurarea frecvențelor purtătoare în rețelele radio, Wi-Fi sau celulare (de exemplu, 5G, LTE) pentru a asigura transmiterea corectă a semnalului.
        • Gestionarea spectrului: Monitorizați benzile de frecvență pentru a evita interferențele în comunicațiile prin satelit sau în sistemele de fibră optică.

        4).Sisteme digitale

        • Sincronizarea ceasului: Verificați frecvențele de ceas ale microprocesoarelor, FPGA-urilor sau modulelor de memorie pentru a preveni nepotrivirile de sincronizare.
        • Validarea vitezei de transfer a datelor: Testați protocoalele de comunicare serială (de ex., USB, SPI) la 4

        5).Sisteme de alimentare

        • Stabilitatea rețelei: Monitorizați frecvența alimentării cu curent alternativ (50 Hz sau 60 Hz) pentru a detecta supraîncărcările rețelei sau defecțiunile generatorului.
        • Integrarea energiei regenerabile: Sincronizează invertoarele solare / eoliene cu frecvența rețelei pentru a asigura o livrare stabilă a energiei.

        6).Tehnologii emergente

        • Dispozitive IoT: Validați ratele de eșantionare ale senzorilor (de exemplu, temperatură, mișcare) pentru o achiziție fiabilă a datelor.
        • Sisteme auto: Măsurarea turației motorului prin intermediul senzorilor de poziție a arborelui cotit sau testarea frecvențelor radar ADAS (de exemplu, 77 GHz)
        • 5.Sfaturi și trucuri pentru măsurători precise ale frecvenței
        • 1.Alegerea echipamentului potrivit:
        • Gama de frecvențe: Selectați un contor de frecvență sau un multimetru osciloscop care poate măsura cu precizie gama de frecvențe cu care lucrați. Nu utilizați un dispozitiv cu o gamă limitată pentru semnale de înaltă frecvență sau viceversa.
        • Acuratețe și rezoluție: Luați în considerare precizia și rezoluția necesare. Dispozitivele cu rezoluție mai mare oferă măsurători mai precise, dar pot fi mai scumpe.
        • Impedanță de intrare: Adaptați impedanța de intrare a instrumentului de măsurare la impedanța sursă a semnalului pentru a evita reflexiile și inexactitățile semnalului.
        2. Plasarea și conexiunile sondei:
        • Conexiuni curate: Asigurați-vă că toate conexiunile sunt curate și sigure pentru a minimiza zgomotul și interferențele. Utilizați cabluri și conectori de înaltă calitate.
        • Împământare corespunzătoare: O conexiune bună la masă este esențială pentru măsurători precise. Utilizați o conexiune la masă scurtă, cu impedanță redusă.
        • Reduceți la minimum lungimea cablurilor: Mențineți cablurile sondei cât mai scurte posibil pentru a reduce efectele capacității și inductanței, în special atunci când măsurați frecvențe înalte.
        • Ecranare: Utilizați cabluri și sonde ecranate pentru a reduce la minimum captarea interferențelor electromagnetice externe.
        • Efecte de încărcare: Fiți conștienți de faptul că instrumentul de măsurare în sine poate încărca circuitul testat. Alegeți sonde cu impedanță de intrare ridicată pentru a minimiza acest efect.
        3. Considerații privind semnalul:
        • Amplitudinea semnalului: Asigurați-vă că amplitudinea semnalului este în intervalul acceptabil pentru instrumentul de măsurare. Un semnal prea mic poate fi dificil de măsurat cu acuratețe, în timp ce un semnal prea mare poate supraîncărca intrarea.
        • Forma semnalului: Fiți atenți la forma semnalului (sinusoidal, pătrat, puls etc.). Unele contoare de frecvență funcționează cel mai bine cu forme de undă specifice. Semnalele distorsionate sau zgomotoase pot duce la citiri inexacte.
        • Reducerea zgomotului: Dacă semnalul este zgomotos, utilizați tehnici de filtrare pentru a reduce zgomotul înainte de a măsura frecvența.
        • Stabilitate: Asigurați-vă că frecvența semnalului este stabilă în timpul măsurării. Fluctuațiile frecvenței pot face dificilă obținerea unei citiri precise.
        4. Calibrare și întreținere:
        • Calibrare regulată: Calibrați periodic echipamentul de măsurare pentru a asigura acuratețea.
        • Autocalibrare: Multe instrumente moderne au integrate rutine de autocalibrare. Folosiți-le în mod regulat.
        • Timp de încălzire: Lăsați suficient timp de încălzire pentru ca instrumentul de măsurare să se stabilizeze înainte de a efectua măsurători.
        • Mediu: Evitați temperaturile extreme, umiditatea și vibrațiile, deoarece acestea pot afecta precizia măsurătorilor.
        5. Tehnici de măsurare:
        • Timp de declanșare: Pentru contoarele de frecvență, alegeți un timp de poartă adecvat. Timpii de poartă mai lungi oferă o rezoluție mai mare, dar durează mai mult. Timpii de poartă mai scurți sunt utili pentru frecvențele care se modifică rapid.
        • Stabilirea mediei: Utilizați tehnici de calcul al mediei pentru a reduce efectele zgomotului și ale jitterului.
        • Declanșare: Dacă utilizați un osciloscop, setați corect nivelul de declanșare și panta pentru a asigura măsurători stabile și precise.

        6.Resurse pentru învățare suplimentară

        Tutoriale online:

        • Tutoriale de electronică: Site-urile web precum Electronics Tutorials (de exemplu, electronics-tutorials.ws) oferă explicații de bază ale conceptelor de măsurare a frecvenței.
        • Totul despre circuite: All About Circuits (allaboutcircuits.com) are articole și forumuri unde puteți găsi informații despre echipamente de testare și tehnici de măsurare.
        • YouTube: Căutați pe YouTube "frequency measurement tutorial" sau "oscilloscope tutorial" pentru demonstrații video.

        Note de aplicare:

        • Producători de echipamente de testare: Consultați site-urile web ale producătorilor de echipamente de testare precum Tektronix, Keysight (fost Agilent), Fluke și Rigol. Aceștia au adesea note de aplicare privind tehnici și echipamente de măsurare specifice.
        • Producători de componente: Producătorii de componente, cum ar fi Analog Devices și Texas Instruments, oferă adesea note de aplicare privind utilizarea componentelor lor în circuite legate de frecvență.

        Cărți:

        • "The Art of Electronics" de Horowitz și Hill: Un text clasic despre electronică cu informații detaliate despre tehnicile de măsurare.
        • "Instrumentație electronică și tehnici de măsurare" de W.D. Cooper și A.D. Helfrick: Un manual care acoperă diverse tehnici de măsurare electronică.

        Organizații:

        • IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers): IEEE publică reviste și lucrări ale conferințelor privind instrumentația și măsurarea.

        Urmând aceste sfaturi și utilizând resursele sugerate, vă puteți îmbunătăți precizia măsurătorilor de frecvență și vă puteți aprofunda înțelegerea principiilor de bază. Nu uitați că practica este esențială! Cu cât lucrați mai mult cu echipamentul de măsurare a frecvenței, cu atât veți deveni mai competenți.

        5.Concluzie

        Frecvența este numărul de cicluri ale unui eveniment repetat pe unitate de timp, măsurat de obicei în Hertz (Hz), ceea ce înseamnă cicluri pe secundă.

        Lungimea de undă este distanța dintre două puncte consecutive ale unei unde care sunt în aceeași fază (de exemplu, două vârfuri sau două depresiuni). Frecvența și lungimea de undă sunt invers proporționale.

        Perioada este timpul necesar pentru un ciclu complet al unei unde. Este inversul frecvenței.

        Amplitudine este deplasarea maximă a unui val de la poziția sa de echilibru. Reprezintă puterea sau intensitatea valului.

        Faza descrie poziția unui punct într-un ciclu de unde în raport cu un punct de referință. Aceasta ajută la înțelegerea modului în care undele interacționează între ele.

        Importanța înțelegerii frecvenței:

        • Esențial pentru analiza circuitelor: Frecvența este un parametru fundamental în analiza și proiectarea circuitelor electronice. Aceasta afectează modul în care se comportă componente precum condensatoarele și inductoarele.
        • Prelucrarea semnalelor: Înțelegerea frecvenței este esențială în procesarea semnalelor, unde semnalele sunt manipulate și analizate pe baza conținutului lor de frecvență.
        • Sisteme de comunicații: Frecvența este coloana vertebrală a sistemelor de comunicații, deoarece informațiile sunt transmise folosind semnale cu frecvențe specifice.
        • Rezolvarea problemelor: Analiza frecvențelor semnalelor ajută la identificarea componentelor defecte și la diagnosticarea problemelor în circuitele electronice.
        • Selectarea componentelor: Alegerea componentelor potrivite pentru un circuit depinde adesea de comportamentul acestora la anumite frecvențe.
        • Proiectarea sistemului: Proiectarea sistemelor electronice, de la amplificatoare audio la transmițătoare radio, necesită o înțelegere profundă a frecvenței și a implicațiilor sale.

        Frecvența este o piatră de temelie a electronicii. Este implicată în aproape toate aspectele, de la analiza de bază a circuitelor la sisteme complexe de comunicații. O înțelegere solidă a conceptelor de frecvență este esențială pentru toți cei care lucrează cu electronică, permițându-le să proiecteze, să analizeze, să depaneze și să înțeleagă comportamentul circuitelor și sistemelor electronice.

        ZOYI Online Shop oferă Osciloscop digital, Multimetru digital inteligent, Multimetru digital profesional, Multimetru cu gamă automată și manuală, Multimetru digital cu dublă injecție, Multimetru digital Bluetooth etc. Oferim asistență superioară pentru clienți, serviciu de transport gratuit și garanție de 12 luni în cazul în care ceva nu merge bine.

        Vă invităm să vă lăsați comentariile dacă aveți întrebări sau îndoieli cu privire la ce este frecvența. Și vă invităm să vizitați magazinul nostru online ZOYI pentru a afla mai multe despre instrumentele de măsurare a frecvenței.