Hz – Hertz
Il termine Hz, abbreviazione di Hertz, rappresenta l’unità di misura della frequenza nel Sistema Internazionale. Quando parliamo di frequenza, ci riferiamo al numero di cicli completi di un’onda che si ripetono in un secondo. Quindi 1 Hz significa semplicemente un ciclo al secondo.
In questo post andiamo a scoprire cosa significa davvero Hertz nel contesto elettronico, come lo usiamo nei circuiti, e perché è così fondamentale in tutto ciò che riguarda il tempo e l’onda. Personalmente, quando ho iniziato a lavorare con generatori di segnale e oscilloscopi, la comprensione profonda dell’Hertz ha cambiato il mio modo di progettare. E oggi ti voglio mostrare il perché.
Applicazione pratica dell’Hertz nei circuiti
In elettronica, ogni volta che hai un segnale alternato – che sia un’onda sinusoidale, quadra o triangolare – ha una frequenza. Ad esempio, una rete elettrica europea ha una frequenza di 50 Hz. Questo vuol dire che l’alternanza della tensione si verifica 50 volte ogni secondo.
Facciamo un esempio concreto. Immagina un oscillatore che produce un segnale a 1 kHz (1000 Hz). Se colleghi questo segnale a un LED attraverso un opportuno circuito driver, il LED lampeggerà 1000 volte al secondo. All’occhio umano, questo risulterà come una luce continua, ma il LED in realtà si accende e si spegne molto rapidamente.
Tabella di conversione frequenze comuni
Come calcolare la frequenza
Spesso possiamo calcolare la frequenza da altri parametri. Se abbiamo un segnale periodico con un periodo noto (il tempo che impiega per completare un ciclo), allora:
f = 1 / T
Dove f è la frequenza in Hz e T è il periodo in secondi. Ad esempio, se un segnale ha un periodo di 0,002 secondi, allora la sua frequenza è:
f = 1 / 0,002 = 500 Hz
Nei laboratori, questo tipo di calcolo torna utile quando si analizzano segnali con oscilloscopio o durante il debugging di circuiti PWM nei microcontrollori.
Unità derivate dell’Hertz
- kHz (kilohertz) – migliaia di cicli al secondo
- MHz (megahertz) – milioni di cicli al secondo
- GHz (gigahertz) – miliardi di cicli al secondo
Quando lavoro con segnali ad alta frequenza come quelli Wi-Fi a 2.4 GHz, ogni dettaglio conta – dalle capacità parassite alla lunghezza delle tracce sul PCB. È impressionante come una variazione impercettibile possa introdurre riflessioni o perdite di segnale.
Importanza dell’Hertz nei sistemi digitali
Nei sistemi digitali, la frequenza del clock è essenziale. Il clock è come un metronomo che scandisce il ritmo delle operazioni di un microcontrollore o di una CPU. Se ti capita di usare un microcontrollore a 16 MHz, come quelli della famiglia ATmega, sappi che ogni istruzione o ciclo dipende da questa frequenza.
Inoltre, la frequenza determina il tempo di risposta, la velocità di trasmissione nei protocolli seriali (come UART, SPI, I2C), e influisce anche sulla gestione dell’energia nei dispositivi embedded.
Effetti collaterali delle alte frequenze
Salendo con la frequenza, emergono fenomeni non trascurabili: interferenze elettromagnetiche (EMI), diafonia, perdite nei cavi e nei connettori. Per questo, nei progetti RF, si usano linee di trasmissione controllate, piani di massa dedicati e connettori schermati.
Un giorno ho costruito un trasmettitore a 433 MHz e ho scoperto a mie spese quanto fosse critico il layout della PCB: una traccia leggermente più lunga o curva modificava completamente la potenza trasmessa. È in questi casi che comprendi quanto il concetto di Hertz non sia solo teoria.
Domani parleremo di onda sinusoidale e di come essa rappresenti la base di tutte le forme d’onda in elettronica analogica. Se ti interessa capire da dove parte ogni segnale, non perdere il prossimo articolo.