ЭВМHISTORY: Компании / Бренды
Статьи. Обзоры. Истории
ЭВМHISTORY: история брендов, компаний, торговых марок и корпораций

Учебник | Частота



frequency, частота, история, понятие

Определение частоты и периода


В природе нередко встречаются периодические процессы. Это означает, что какой-то параметр, характеризующий процесс, изменяется по периодическому закону, то есть верно равенство:

F(t) = F(t + T) (соотношение 1), где t - время, F(t) - значение параметра в момент времени t, а T - некая константа.

Понятно, что если верно предыдущее равенство, то верно и такое:

F(t) = F(t + 2T)

Так что, если T - минимальное значение константы, при котором выполнено соотношение 1, то будем называть T периодом.

В радиоэлектронике мы исследуем силу тока и напряжение, так что периодическими сигналами будем считать сигналы, для напряжения или силы тока в которых верно соотношение 1.


Единицы измерения частоты и периода


Период измеряется в секундах. Действительно, это ведь время. Для удобства введено понятие частоты. Частота - это количество раз, которое сигнал повторится за секунду, то есть количество периодов в секунде. Частота обозначается буквой f.

f = 1 / T

Частота измеряется, соответственно, в 1 / секунда. Эту единицу измерения еще называют Герц (Hertz - названный в честь немецкого физика Генриха Герца) и обозначают Гц (Hz). В зарубежной литературе можно встретить и такое обозначение 'cycles per second' (cps).

В природе много видов периодических сигналов. Наиболее распространены синусоидальные, прямоугольные (меандр), треугольные, пилообразные и т. д. Распространены и непериодические сигналы: шум, затухающие колебания, модулированные сигналы.


Частота и период непериодических сигналов


Вообще говоря понятия периода и частоты применимы только к периодическим сигналам. Но в электронике иногда их условно применяют к непериодическим сигналам, например, к затухающим колебаниям, сигналам с амплитудной и широтно-импульсной модуляцией. Это возможно, когда функция зависимости напряжения сигнала от времени может быть представлена, как суперпозиция двух функций, периодической (U2) и непериодической (U1):

U(t) = U1(U2(t))

Тогда считают, что частота и период итогового сигнала равны частоте и периоду U2.

Например, для затухающих синусоидальных колебаний, амплитуда которых падает обратно-пропорционально времени, формула будет иметь вид:

U(t) = A * sin(2 * ПИ * t / T) / t, где T - период, A - начальная амплитуда

Единицы измерения, кратные Герцу (Hertz)


Приведем единицы измерения, кратные Герц, чаще всего применяемые в электронике.

Гигагерц ГГц GHz 1E9 Гц 1000000000 Гц
Мегагерц МГц MHz 1E6 Гц 1000000 Гц
Килогерц кГц kHz 1E3 Гц 1000 Гц


frequency, частота, история, понятие

Примеры


Электромагнитное излучение

Видимый свет представляет собой электромагнитные волны, состоящие из осциллирующих электрических и магнитных полей, перемещающихся в пространстве. Частота волны определяет её цвет: 4x1014 Гц — красный цвет, 8x1014 Гц — фиолетовый цвет; между ними в диапазоне (4...8)x1014 Гц лежат все остальные цвета радуги.

Электромагнитные волны, имеющие частоту менее 4x1014 Гц, невидимы для человеческого глаза, такие волны называются инфракрасным (ИК) излучением. Ниже по спектру лежит микроволновое излучение и радиоволны. Свет с частотой выше, чем 8x1014 Гц, также невидим для человеческого глаза; такие электромагнитные волны называются ультрафиолетовым (УФ) излучением. При увеличении частоты электромагнитная волна переходит в область спектра, где расположено рентгеновское излучение, а при ещё более высоких частотах — в область гамма-излучения.


Звук


Свойства звука (механических упругих колебаний среды) зависят от частоты. Человек может слышать колебания с частотой от 20 Гц до 20 кГц (с возрастом верхняя граница частоты слышимого звука снижается). Звук с частотой более низкой, чем 20 Гц (соответствует ноте ми субконтроктавы), называется инфразвуком. Инфразвуковые колебания, хотя и не слышны, могут ощущаться осязательно. Звук с частотой выше 20 кГц называется ультразвуком, а с частотой выше 1 ГГц — гиперзвуком.

В музыке обычно используются звуки, высота (основная частота) которых лежит от субконтроктавы до 5-й октавы. Так, звуки стандартной 88-клавишной клавиатуры фортепиано укладываются в диапазон от ноты ля субконтроктавы (27,5 Гц) до ноты до 5-й октавы (4186,0 Гц). Однако музыкальный звук обычно состоит не только из чистого звука основной частоты, но и из примешанных к нему обертонов, или гармоник (звуков с частотами, кратными основной частоте); относительная амплитуда гармоник определяет тембр звука. Обертоны музыкальных звуков лежат во всём доступном для слуха диапазоне частот.


Частота переменного тока


В Европе (в том числе в России и всех странах бывшего СССР), большей части Азии, Океании (кроме Микронезии), Африке и в части Южной Америки промышленная частота переменного тока в силовой сети составляет 50 Гц. В Северной Америке (США, Канада, Мексика), Центральной и в некоторых странах северной части Южной Америки (Бразилия, Венесуэла, Колумбия, Перу), а также в некоторых странах Азии (в юго-западной части Японии, в Южной Корее, Саудовской Аравии, на Филиппинах и на Тайване) используется частота 60 Гц. См. Стандарты разъёмов, напряжений и частот электросети в разных странах. Почти все бытовые электроприборы одинаково хорошо работают в сетях с частотой 50 и 60 Гц при условии одинакового напряжения сети. В конце XIX — первой половине XX века, до стандартизации, в различных изолированных сетях использовались частоты от 16⅔ до 133⅓ Гц. Первая до сих пор используется на некоторых железнодорожных линиях мира напряжением 15 кВ, где была принята для использования электровозов без выпрямителей — тяговые двигатели постоянного тока питались напрямую от трансформатора.

В бортовых сетях самолётов, подводных лодок и т. д. используется частота 400 Гц. Более высокая частота силовой сети позволяет уменьшить массу и габариты трансформаторов и получить высокие частоты вращения асинхронных двигателей, хотя увеличивает потери при передаче на большие расстояния — из-за ёмкостных потерь, роста индуктивного сопротивления линии и потерь на излучение.

© greenmile

Источники:
Gyrator.Ru,
Ru.Wikipedia.Org.

В начало


Учебник | Частота



Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика