¿Qué es la frecuencia en electrónica?

Esto ha estado flotando en mi mente por un tiempo, todo tiene una frecuencia. Al igual que un convertidor CC-CC, mi alcance es de 100 MHz (sé que es un ancho de banda pero tiene la unidad de frecuencia). Entiendo que un Astable 555 tiene una frecuencia que es la marca y el espacio-tiempo basado en los valores de la tapa y las resistencias. Y luego tienes el uso del filtro de paso de banda que puede filtrar diferentes frecuencias, entonces, ¿de qué se trata todo esto? ¿Cómo tiene una frecuencia una corriente continua? Y la relación entre ancho de banda y frecuencia ya que tienen las mismas unidades.

La frecuencia es el inverso del tiempo para repetir eventos. Si un solo ciclo de su red eléctrica tiene una duración de 1/50 de segundo (0.02 segundos), entonces habrá 50 ciclos en un segundo (1 / 0.02). Decimos que la frecuencia es de 50 Hz.
La unidad de frecuencia es el Hertz (Hz). 1 Hz es igual a 1 ciclo por segundo, un nombre antiguo para él (cps). Es una unidad conveniente, incluso para ciclos muy cortos que usamos, con un prefijo: MHz, GHz. Para ciclos más largos (cerca o más de 1 Hz) a veces usamos el minuto como unidad: una frecuencia cardíaca de 70 latidos por minuto (BPM), un ajuste de metrónomo de 100 BPM.
Ciclos aún más largos a menudo se expresan como un período de tiempo (1 / frecuencia).

Cada sistema tiene sus frecuencias (rango de) típicas. Un latido será de alrededor de 1-2 Hz, y la frecuencia de resonancia de un trampolín también es del orden de 1 Hz. Las ondas de radio tienen un amplio rango de frecuencias: 30 kHz (para una longitud de onda correspondiente de 10 km) es VLF (muy baja frecuencia), mientras que el magnetrón de un horno de microondas "transmite" a 2,45 GHz. Y aunque 30 kHz es bajo para la radio, ya está mucho más allá de lo que podemos percibir acústicamente.

Una frecuencia más alta (pista superior en la imagen) de una señal se mostrará en un osciloscopio como una repetición más rápida que una frecuencia más baja (pista inferior).

La "corriente continua" (CC) como voltaje constante tiene una frecuencia de 0 Hz.

El ancho de banda indica un rango de frecuencias, que van desde el límite inferior al superior. Si su osciloscopio puede manejar señales de CC (0 Hz) hasta 100 MHz, su ancho de banda es de 100 MHz - 0 Hz = 100 MHz.

La frecuencia, en el sentido genérico, es la velocidad a la que algo se repite. Usualmente se mide en "repeticiones por segundo", o Hertz (Hz). Mi reloj funciona a 1 Hz. Riego mi césped a una velocidad de 0.00000386 Hz. Y las luces intermitentes de mi auto parpadean a aproximadamente 0.5 Hz. ¡Eso es! Por supuesto, las cosas se vuelven un poco más complejas cuando consideras qué es exactamente lo que se repite. Pero la "frecuencia" realmente es así de simple.

Un osciloscopio, o filtro de paso de banda, generalmente se clasifica en Hz y se refiere a la frecuencia de una señal que puede (o no) atravesarlo. En este contexto, se trata de una onda sinusoidal .

Algo así como un 555, u otro circuito de tipo de señal de reloj, está hablando de la frecuencia con la que cambia la señal.

A menudo se abusa del término "DC", así que no lo tome demasiado en serio. La mayoría de las veces se refiere a una fuente de alimentación que genera un voltaje constante. Pero también podría referirse a cualquier cosa que emite una señal que es solo un voltaje positivo. O bien, podría referirse a una señal que es un voltaje "mayormente constante". Pero, si la señal es realmente inmutable, entonces tiene una frecuencia de cero.

El ancho de banda y la frecuencia tienen una relación, en la forma en que se relacionan un automóvil y una pelota de béisbol (ambos se miden en millas por hora).

Como se indicó en la respuesta anterior, la frecuencia es la medida para la repetición de un evento. Cuando hizo más de una pregunta sobre la frecuencia, permítame describir lo que significa en diferentes contextos.

Onda sinusoidal

En este caso, la frecuencia es el número de picos positivos (o negativos) en la señal en un segundo. La onda sinusoidal es un ejemplo de las ondas asociadas con la fuente de alimentación de CA. Por lo tanto, un suministro de CA con frecuencia de 60Hz significa que la onda sinusoidal de su voltaje se repite 60 veces por segundo. Se dice que una señal de CC (no cambia con el tiempo) tiene una frecuencia de 0 Hz.

La onda sinusoidal es mucho más útil y significativa fuera del dominio de alimentación de CA. En realidad, podemos clasificar las señales en dos partes, a saber, periódicas (señales que repiten algún patrón a lo largo del tiempo) y aperiódicas (señales que no se repiten en el tiempo).

Una onda sinusoidal es la señal periódica más fundamental. Esto se debe a que solo tiene una frecuencia asociada. Podemos representar todas las señales periódicas y aperiódicas usando alguna combinación de ondas sinusoidales de diferentes frecuencias. Una señal periódica está hecha de una frecuencia fundamental y frecuencias armónicas. Por ejemplo, una onda cuadrada con una frecuencia de 100Hz en realidad significa que tiene una frecuencia fundamental de 100Hz y las frecuencias armónicas (siempre múltiplo entero de la frecuencia fundamental) son 200Hz, 300Hz, 400Hz ... etc. Las frecuencias asociadas con las señales aperiódicas requieren un poco más discusión involucrada, así que no lo incluiré aquí.

Filtros

Un filtro (electrónico) es un dispositivo que literalmente "filtra" las frecuencias. Por ejemplo, si un filtro dice que es un filtro de paso bajo (LPF) con una frecuencia de corte de 1 KHz, significa que cualquier onda sinusoidal que llegue a su entrada alcanzará la salida si y solo si tiene una frecuencia inferior a 1 KHz. Entonces, si pasamos una onda cuadrada de 10Hz a través de este LPF, en la salida solo veremos los armónicos de la onda cuadrada que son menos de 1000Hz (100 armónicos).

Si no incluimos todos los armónicos (ondas sinusoidales) (infinito para onda cuadrada) y los sumamos con la onda sinusoidal de frecuencia fundamental, no obtendremos una onda cuadrada. Pero, la onda resultante sería una aproximación de la onda cuadrada. Por lo tanto, producir una onda cuadrada precisa de cualquier frecuencia es prácticamente imposible.

Convertidor DC-DC

Creo que este es su principal tema de pregunta, cómo una "cosa" de DC puede tener una frecuencia. En realidad, un convertidor CC-CC utiliza una onda cuadrada (esencialmente un interruptor que se enciende y apaga repetidamente) para convertir un voltaje de CC (por ejemplo, 5 V) en otro voltaje de CC (por ejemplo, 20 V). Entonces, la frecuencia del interruptor que se utiliza para realizar esta función (conversión DC-DC) se conoce como la frecuencia del convertidor DC-DC.

Ancho de banda y frecuencia

Volvamos al filtro nuevamente. Acabamos de ver lo que hace un LPF. hay otro tipo de filtros; filtro de paso alto (HPF), filtro de paso de banda (BPF) y muchos más. Pensemos en BPF. Un BPF tiene una propiedad que permite solo las frecuencias (ondas sinusoidales) que están en un rango fijo de valores. Un BPF con frecuencias de corte de 100Hz y 5KHz, solo pasará las frecuencias en esa banda de rango. Entonces podemos decir que el "ancho de banda" de nuestro filtro es (5000 - 100 = 4900 Hz. Incluso un LPF puede tener un ancho de banda que es igual a la frecuencia de corte en sí.

Ancho de banda es un término utilizado en mucho más contexto que no sea filtros. Una explicación más general y laxa es qué tan rápido puede funcionar un dispositivo (por lo tanto, si ese dispositivo es un filtro, cuál es el límite superior de ese filtro, suponiendo que no nos importe el límite inferior).

Frecuencia en computadoras

Sé que no pidió esto, pero este es un lugar adecuado para cubrir este tema también. ¿Qué significa cuando dices que tengo una computadora de 3 GHz?

Una computadora tiene una CPU que realiza todas las operaciones matemáticas y lógicas utilizando circuitos digitales. Cada operación en la CPU se divide en una o más instrucciones. Estas instrucciones se procesan en múltiples etapas. cada etapa en el procesamiento de instrucciones lleva algún tiempo y la etapa que lleva el tiempo máximo decide la frecuencia de la CPU. entonces, si una etapa de CPU que toma el tiempo máximo = 1ns (nano segundo = 0.000000001 segundo), entonces podemos ejecutar esa CPU a 1GHz (1 / 1ns). Esta es una explicación muy básica de un concepto muy complejo, por lo que no es demasiado preciso y difiere entre las diferentes CPU.

Estamos viviendo en un mar de moléculas y átomos, etc., cuando una antena transmisora ​​crea una onda de frecuencia, en realidad hace algo como un latigazo (simplemente, NO TÉCNICAMENTE) a este mar de átomos y moléculas, como una onda, y cuando Hablamos de frecuencia en un circuito, un cable, con características eléctricas, por lo general nos referimos a una corriente alternativa, CA, como su nombre indica, alterna entre positivo y negativo, creando así una onda sinusoidal y se puede llamar una frecuencia.

Sin embargo, no hay mucha diferencia con la transmisión TX, cuando generalmente los miras.

Imagine que un transmisor desea enviar una señal, envía un latigazo ondulante, ya sea en forma omnidireccional o de abanico, penetra todo excepto los materiales ferrosos, que lo redirigen o reflejan dependiendo del material o la frecuencia.
Imagínese nuevamente el latigazo cervical, si mueve sus manos repetidamente y rápidamente crea una frecuencia alta, y si la mueve lentamente, una frecuencia baja.
Mire el latigazo cervical, un movimiento rápido tiene un alcance más corto y un movimiento lento tiene un alcance más largo.