Что такое частота сигнала

Сигнал и его основные характеристики

Сигнал – это средство передачи информации из одного пункта в другой. Потребность в передаче информации существовала уже довольно давно. Одним из первых способов передачи информации без участия человека или животных в качестве переносчика – это сигнальные костры. Информация о какой-либо опасности передавалась посредствам последовательного разведения костров от одного сторожевого поста к другому.

Мы будем рассматривать способ передачи информации с помощью электромагнитных сигналов, т.е. электросвязь. Это способ связи предусматривает передачу информации за счет изменения какого-либо параметра несущего электрического сигнала. Данный процесс получил название модуляции. В простейшем случае в качестве несущего сигнала выступает синусоида (sin(x)). Максимально упрощенно, синусоида представляет собой плавное изменение напряжения в проводнике от некоего минимума до некоего максимума циклически с определенным интервалом (периодом). Любой сигнал, равно как и синусоида, обладают тремя основными параметрами: амплитудой, частотой и фазой.

Основные характеристики сигнала

Амплитуда – это максимальное отклонение напряжения сигнала от нулевого порога в область положительных или отрицательных значений. Представляет собой пределы, в которых изменяется сигнал. Амплитуда обычно измеряется в Вольтах (В). Если амплитуда будет слишком большой, то проводник может перегреться и выйти из строя. При недостаточном напряжении сигнал будет затухать в проводнике слишком быстро и не достигать получателя.

Частота – это количество колебаний сигнала в единицу времени. Для стандартизации принято в качестве единицы времени используется одна секунда. Единицей измерения частоты служит Герц (Гц). Один Герц соответствует одному колебанию сигнала в секунду. Если, например, говорят о 100 Гц, то подразумевают, что сигнал совершил 100 последовательных переходов из максимального в минимальное значение и в обратном направлении. Величиной обратной частоте является период, который показывает задержка времени между соседними значениями сигнала равной величины (например, максимальными значениями).

Фаза показывает, из какого первоначального значения начинает изменяться синусоида. Фаза измеряется в градусах или радианах. Если речь идет о градусах, то значение фазы может быть в пределах от 0 до 360. Фаза 0 градусов означает, что сигнал начинает изменяться от 0В к максимальному значению, 90 градусов – от максимального значения к минимальному, 180 градусов – от 0В к минимальному значению, а 270 – от минимального к максимальному. Исходя из этого не сложно представить себе другие промежуточные значения фазы.

Для передачи сигнала используются каналы связи. Канал связи – это путь прохождения сигнала. Канал связи организовывается в какой-либо линии связи: в металлическом или оптическом кабеле, свободном пространстве (в т. ч. и космосе) или какой либо другой среде.

Основной принцип электросвязи заключается в том, что сигналы не несут информацию сами по себе. Они несут информацию лишь из-за того, что источник и приемник информации условились, что изменение какого-либо параметра несущего сигнала будет означать для другой стороны какую либо информацию. Исходя из этого, становиться очевидным, что наибольшая проблема в процессе передачи информации заключается в возможном мешающем воздействии (предумышленном или случайном) с внешней стороны на среду передачи сигнала. В качестве такого воздействия могут выступать электромагнитные наводки других линий связи, воздействия от промышленного и бытового оборудования, злоумышленные действия третьих лиц и т.п. Чтобы избавиться от внешнего воздействия используют различные способы защиты: шифрование, кодирование, специальные методы модуляции, экранирование линий связи и т.п. Однако полностью избавиться от мешающих воздействия обычно не удается, поэтому говорят о различных показателях качества передачи: число ошибок в секунду, максимальное число подряд идущих ошибок и т.п. Для различных назначений выбирают разные по качеству каналы связи и способы защиты.

При использовании материалов ссылка на сайт обязательна

Источник

Частота (сигнала)

Употребляется в документе:

Отраслевая система обеспечения единства измерений. Термины и определения

Смотреть что такое «Частота (сигнала)» в других словарях:

частота (сигнала) — Параметр, представляющий собой величину, обратную периоду сигнала. Скорость, с которой происходит изменение переменного тока и которая измеряется в герцах. Она также служит для обозначения местоположения в радиочастотном спектре, как например 800 … Справочник технического переводчика

частота сигнала — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN signal frequency … Справочник технического переводчика

частота сигнала — signalo dažnis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. signal frequency vok. Signalfrequenz, f rus. частота сигнала, f pranc. fréquence de signal, f … Automatikos terminų žodynas

частота сигнала полной мощности (операционного усилителя) — Частота, на которой значение максимального выходного напряжения операционного усилителя уменьшается на величину, не превышающую заданного значения. [ГОСТ 18421 93] Тематики аналоговая и аналого цифровая выч.техн … Справочник технического переводчика

частота сигнала черного — (при частотной модуляции) [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN black signal … Справочник технического переводчика

частота сигнала полной мощности (операционного усилителя) — 55 частота сигнала полной мощности (операционного усилителя): Частота, на которой значение максимального выходного напряжения операционного усилителя уменьшается на величину, не превышающую заданного значения Источник: ГОСТ 18421 93: Аналоговая и … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

найквистовская [максимальная] частота сигнала — Верхний предел ограничечного по спектру аналогового сигнала. Минимально допустимая частота дискретизации равна удвоенной верхней частоте сигнала, т.е. для стандартного телефонного канала с полосою частот 4 кГц частота дискретизации равна 8 кГц.… … Справочник технического переводчика

несущая частота сигнала изображения соседнего канала — gretimojo kanalo vaizdo signalo nešlys statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. adjacent channel image carrier; adjacent picture carrier vok. Nachbarbildträger, m rus. несущая частота сигнала изображения соседнего канала, f pranc.… … Radioelektronikos terminų žodynas

частота — 3.2 частота: Вероятность появления последствия (возникновения опасного события). Источник: ГОСТ Р ИСО/ТС 14798 2003: Лифты, эскалаторы и пассажирские конвейеры. Методология анализа риска 06.01.15 частота [ frequency]: Число циклов периодического… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Частота дискретизации — (или частота семплирования, англ. sample rate) частота взятия отсчетов непрерывного во времени сигнала при его дискретизации (в частности, аналого цифровым преобразователем). Измеряется в герцах. Термин применяется и при обратном, цифро… … Википедия

Источник

Частота, период сигнала, изменения напряжения, силы тока. Периодический. Единицы измерения. Герц, Гц, Hz. Hertz. Доли. килогерц, кгц, мегагерц, мгц

Понятие частоты и периода периодического сигнала. Единицы измерения. (10+)

Частота и период сигнала. Понятие. Единицы измерения

Материал является пояснением и дополнением к статье:
Единицы измерения физических величин в радиоэлектронике
Единицы измерения и соотношения физических величин, применяемых в радиотехника.

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

Определение частоты и периода

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

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.

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Единицы измерения частоты и периода

Частота измеряется, соответственно, в 1 / секунда. Эту единицу измерения еще называют Герц (Hertz) 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):

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:

Единицы измерения, кратные Герцу (Hertz)

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

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Мобильное управление освещением. Звуковое реле. Включение / выключение.
Звуковое реле и схемы для включения освещения с помощью звонка на мобильный теле.

Источник

Что такое частота сигнала

Реальные сигналы не идеальны, они никогда не бывают строго периодическими. Тем не менее, по отношению к реальным сигналам также используется понятие частоты. Что понимают под частотой в этом случае?

Введение

Понятие частоты периодического сигнала

Рис. %img:pf

* В математике также рассматриваются «почти периодические» функции, но это весьма специфический вопрос и в математике этим термином обозначается не совсем то, что имеется в виду под «почти периодическими» функциями в технике.

Рис. %img:hf

Частота реального сигнала. Мгновенная частота

Строгие определения и формальные теоретические подходы хороши для математики. В реальной жизни, в технике, сигналы никогда не бывают периодическими. Прежде всего, потому что никакой сигнал не может длиться бесконечно долго. Сигнал имеет начало и конец, что уже нарушает идеальную периодичность. Но даже если отвлечься от этого, скорее философского вопроса о конечности существования, то и за время существования сигнала, строгая периодичность недостижима. С другой стороны, некоторая степень регулярности и повторяемости характерна для очень многих реальных сигналов.

Рис. %img:cf

Заметим, что даже в случае периодических с математической точки зрения, идеальных сигналов, иногда бывает удобнее рассматривать их как «не вполне» периодические, с изменяющейся во времени амплитудой и/или частотой.

Очевидно, что период \( T = 2 \pi / \omega \) несущего колебания уже не является периодом модулированного сигнала из-за множителя \( (1 + m \sin \Omega t) \), который изменится через время T.

Излишне говорить, что с практической точки зрения такой подход совершенно неудобен; истинные частота и период рассмотренного сигнала абсолютно не отражают его реальных свойств. В то же время, мгновенная частота, которая в случае амплитудно-модулированного сигнала равна частоте несущего сигнала \( \omega \), оказывается намного более объективной и информативной характеристикой сигнала.

Очень точному измерению поддаётся среднее значение частоты сигнала, об этом далее.

Среднее значение частоты. Измерение частоты

Рис. %img:mf

Получили что для того, чтобы измерить среднее значение частоты, достаточно измерить промежуток времени между двумя моментами, когда сигнал проходит через нулевое значение (в одном направлении). Впрочем, этот результат вполне соответствует интуитивному представлению о периоде реального сигнала и соотношению между периодом и частотой.

Рис. %img:df

На самом деле, обязательно наличие гистерезиса при преобразовании (порог переключения от 0 к 1 должен быть выше, чем порог обратного переключения). В противном случае, вблизи порога переключения будем получать пачки паразитных импульсов из-за наличия шумов и помех в сигнале. Но это детали реализации, не изменяющие самого принципа.

Динамическая погрешность измерений

Мы нашли способ определения средней частоты сигнала за некоторый интервал времени с высокой точностью. Но если частота сигнала изменяется, средняя частота даёт слишком мало информации о сигнале. Зачастую бывает необходимо знать, как во времени изменяется мгновенная частота сигнала и насколько сильно она отклоняется от среднего значения.

Заметим, что если частота изменяется не по гармоническому закону, всё равно, мгновенную частоту как функцию можно разложить на гармонические составляющие и рассматривать воздействие операции усреднения на каждую составляющую по отдельности. Это возможно, поскольку операция усреднения является линейной.

На основе полученных выводов можем должным образом выбрать интервал измерения.

Если идёт речь о достижении как можно более высокой точности в измерении мгновенной частоты, то следует далее уменьшать интервал измерения. С уменьшением интервала, результат всё более приближается к мгновенной частоте, т.е. уменьшается динамическая погрешность измерения, но одновременно с этим растёт погрешность метода. Это ограничивает предельную точность измерения частоты путём измерения средней частоты сигнала. Не имеет смысла снижать абсолютную динамическую погрешность \( <\Delta>_2 \) до значений меньше абсолютной погрешности метода \( \Delta_1 \).

Пример. Сигнал имеет среднюю частоту f₀ = 100 кГц, мгновенная частота отклоняется от среднего значения на величину \( \Delta f = 1 \text < Гц>\), причём отклонение описывается синусоидой с частотой F = 10 Гц. Требуется определить оптимальный интервал измерения (при котором погрешность метода достигает динамической погрешности измерения), если частота опорного генератора составляет f_r = 24 МГц. Вычисления по приведённой выше формуле дают результат \( \Delta t \approx 0.03\text < с>\) (абсолютная погрешность метода измерения и динамическая погрешность при этом оказываются порядка 0.14 Гц).

Другим простым, но представляющим интерес примером, является измерение средней частоты сигнала, мгновенная частота которого на некотором интервале изменяется линейно. Легко показать (настолько легко, что подробно не будем на этом останавливаться), что результат будет равен мгновенной частоте в момент, соответствующий середине интервала измерения, или, что то же самое, среднему арифметическому мгновенных частот на концах интервала измерения.

Литература

Особенно хотелось бы отметить книгу «Сигналы, помехи, ошибки. «. Это замечательная книга, в которой хорошо раскрывается понятие мгновенной частоты; поясняется, в каких случаях уместно говорить о частоте сигнала, а когда следует переходить к рассмотрению спектра, а также подробно обсуждаются многие другие вопросы. Материал излагается довольно живо, доступно, но не упрощённо. И что приятно, книга не лишена тонкого ненавязчивого юмора.

В математических энциклопедиях можно найти определения базовых понятий (периодическая функция; почти периодическая функция; период; частота).

В энциклопедии по физике также можно найти аналогичные определения периодичности, периода, частоты и т.д.

Источник

Частота

Единицей измерения частоты в Международной системе единиц (СИ) является герц (русское обозначение: Гц; международное: Hz), названный в честь немецкого физика Генриха Герца.

Частота обратно пропорциональна периоду колебаний: ν = 1/T.

Частота, как и время, является одной из наиболее точно измеряемых физических величин: до относительной точности 10−17.

В природе известны периодические процессы с частотами от

10−16 Гц (частота обращения Солнца вокруг центра Галактики) до

1035 Гц (частота колебаний поля, характерная для наиболее высокоэнергичных космических лучей).

В квантовой механике частота колебаний волновой функции квантовомеханического состояния имеет физический смысл энергии этого состояния, в связи с чем система единиц часто выбирается таким образом, что частота и энергия выражаются в одних и тех же единицах (иными словами, переводный коэффициент между частотой и энергией — постоянная Планка в формуле E = hν — выбирается равным 1).

Глаз человека чувствителен к электромагнитным волнам с частотами от 4⋅1014 до 8⋅1014 Гц (видимый свет); частота колебаний определяет цвет наблюдаемого света. Слуховой анализатор человека воспринимает акустические волны с частотами от 20 Гц до 20 кГц. У различных животных частотные диапазоны чувствительности к оптическим и акустическим колебаниям различны.

Отношения частот звуковых колебаний выражаются с помощью музыкальных интервалов, таких как октава, квинта, терция и т. п. Интервал в одну октаву между частотами звуков означает, что эти частоты отличаются в 2 раза, интервал в чистую квинту означает отношение частот 3⁄2. Кроме того, для описания частотных интервалов используется декада — интервал между частотами, отличающимися в 10 раз. Так, диапазон звуковой чувствительности человека составляет 3 декады (20 Гц — 20 000 Гц). Для измерения отношения очень близких звуковых частот используются такие единицы, как цент (отношение частот, равное 21/1200) и миллиоктава (отношение частот 21/1000).

Источник