진폭, 평균, 유효. 계획, 설명

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이 기사는 전류의 형태가 그 작용에 미치는 영향에 대해 다룹니다. 또한 다양한 전기 파형의 전압 및 전류 측정에 대해서도 설명합니다.

우선, 교류는 형태에 관계없이 진폭 Iampl(최대와 동의어), 평균 Iav 및 유효 Ieff(rms, 유효) 값으로 특징지어진다는 점을 상기해야 합니다. 모양이 변할 때 다른 부하에 대한 전류의 영향은 다른 방식으로 다릅니다.

예를 들어, 전파 정류에서 단파 정류로 전환하는 동안 배터리의 충전 전류는 절반이 됩니다. 정류기의 부하가 히터 인 경우 전류가 아닌 모양이 변경되지만 전력은 절반이됩니다. 아시다시피 전력 P는 전류의 제곱에 비례하므로 (P \u2d IXNUMXR) 반파 정류의 경우 전류가 절반으로 감소하지 않고 한 번! 이러한 모순을 피하기 위해 위의 개념이 도입되었습니다.

교류를 특징짓는 세 가지 양 중 첫 번째는 피크 값전자 Iampl. 변경 기간 동안 전류의 최대 순시 값과 같습니다. 이상하게도 다양한 형태의 전류가 다양한 부하에 미치는 영향의 관점에서 볼 때 전류 진폭은 가장 유익하지 않습니다. 그렇기 때문에 교류의 값은 직류와 그 작용을 비교하여 결정됩니다.

평균 교류의 값은 교류와 같은 시간 동안 동일한 전하를 전달하는 직류의 값입니다. 모양이 시간축에 대해 대칭인 교류(예: 정현파 신호)의 경우 전류의 평균값은 XNUMX입니다. 따라서 평균값은 일반적으로 정류된 평균값, 즉 정류된 후의 전류 평균값으로 이해됩니다. 전류의 평균값은 예를 들어 배터리를 충전할 때의 동작을 나타냅니다.

유효한 교류의 값은 능동 선형 부하(예: 저항)를 통과하는 직류의 값이며, 교류가 이 부하에서 방출하는 것과 동일한 시간 동안 동일한 양의 열을 방출합니다. 가열 장치와 관련하여 중요한 것은 전류의 유효 값입니다.

주기적 신호의 모양을 특성화하기 위해 두 가지 매개변수가 도입되었습니다. 진폭 계수 ka=Iampl/Ieff 및 모양 계수 kf=Ieff/Iav.rect입니다.

가장 일반적인 파형 - 정현파 - 고려되는 값은 다음과 같습니다.

그래픽으로 교류의 평균값은 시간에 대한 전류의 의존성을 나타내는 곡선 아래 영역입니다. 유효 값은 시간에 대한 전류 제곱의 종속성을 설명하는 곡선 아래 영역의 제곱근에 해당합니다. 무화과에. 도 1은 종래의 정현파 신호 I(t)/Iampl 및 그의 제곱(I(t)/Iampl)2에 대한 그래프를 보여준다. 그래프를 비교하면 전류의 제곱(순시 전력은 이에 비례함)이 전류에 비해 두 배의 주파수로 맥동하고 있음을 알 수 있습니다. 또한 0,5 수준의 선에 대한 전류의 제곱 곡선의 상하 편차는 동일합니다. 이 곡선 아래 면적을 계산할 때 편차가 보상됩니다. 즉, 직류를 특징 짓는 직선 아래 면적의 절반입니다. 전류의 실효값은 면적의 제곱근에 비례하므로 전류의 진폭 값보다 작습니다.

진폭, 평균, 유효

불행하게도 정현파 I(t) / Iampl 아래의 영역은 적분에 대한 지식 없이는 결정할 수 없으므로 위의 비율을 믿어야 합니다.

교류 전기 신호의 전압의 경우 전류 진폭 Uampl, 평균 Uav 및 유효 Ueff와 동일한 특성 값이 있습니다. 그들 사이의 관계는 동일합니다. 유효 주전원 전압이 220V일 때 진폭 전압은 311V이고 평균 정류 전압은 198V입니다.

실제로 라디오 아마추어는 다양한 형태의 전기 신호를 만나야 합니다. 그들 중 일부를 고려해 봅시다.

정현파 전압 (그림 2, a) 전파 정류 (그림 2, b)는 특성을 유지하고 평균 전압은 평균 정류 전압과 엄격하게 동일합니다.

진폭, 평균, 유효

단일 반파 정류 (그림 2, c)의 경우 평균 전압 값이 전파 정류에 비해 절반으로 감소하고 실효 값이 XNUMX/XNUMX로 감소한다고 위에서 언급했습니다. 전력 컨트롤러에서 N 반주기 중 하나가 부하로 전달되면 평균 전압이 N 배 감소하고 (부하의 전력이 같은 양만큼 감소) 유효 전압이 시간.

사행 (그림 2d). 이것은 주기의 절반이 최대값과 같고 나머지 절반이 2이라는 신호의 이름입니다(그림 XNUMXd). 그를 위해 평균값은 진폭의 절반과 같습니다. 부하에서 이러한 형태의 전류에 의해 소산되는 전력은 직류 전력의 절반이므로 입력 신호의 유효 값 진폭보다 몇 배 더 작습니다. 바이폴라 사행의 경우(그림 2e) 전압 Uampl, Uav.rect 및 Ueff는 서로 일치합니다.

직사각형 펄스 트레인 (그림 2, f) 반복 주기 T가 있는 지속 시간 t. 이러한 신호에는 일반적으로 문자 Q로 표시되는 "듀티 사이클"의 개념이 있으며 주기 비율로 정의됩니다. 펄스 지속 시간: Q = T/t. 이 형태의 신호전류는 직류보다 Q배 적게 작용하므로 신호의 평균값은 진폭보다 Q배 적고 실효값은 시간.

톱니 신호 (그림 2, g, h). 그를 위해 평균값 (바이폴라에 대한 평균 정류)은 진폭의 절반과 같습니다 (삼각형의 면적은 밑면과 높이의 곱의 절반과 같습니다). 유효 값을 계산하려면 시간에 대한 신호 제곱의 종속성을 설명하는 포물선 아래 영역을 결정해야 합니다. 이 면적을 계산하는 것은 그리 쉬운 일이 아니며 수학적 계산에서 유효 값은 진폭보다 몇 배 작습니다.

바이폴라 신호(그림 2j)를 포함하여 삼각 신호(그림 2i)에도 동일한 관계가 유효합니다.

위상 펄스 컨트롤러의 출력 전압 (그림 2, l). 그것의 모양은 일반적으로 0에서 . 이 형식의 전압의 진폭 값은 다음과 같습니다.

평균 -

효과적인 -

여기서 Uampl.s는 레귤레이터의 입력에서 네트워크의 피크 전압이고 마지막 공식의 각도 a는 라디안으로 대체되어야 합니다.

무화과에. 그림 3은 이러한 공식으로 설명되는 종속성을 보여줍니다.

진폭, 평균, 유효

측정 장비는 다른 파형에 어떻게 반응합니까? 우선 직접 전압 및 전류 측정 모드의 거의 모든 포인터 및 디지털 멀티 미터가 연구중인 신호의 평균값을 결정한다는 점에 주목합니다.

전자기 시스템의 기기는 유효 전압 및 전류를 측정하는 데 적합합니다. 해당 기호의 이미지가 스케일에 표시됩니다 (그림 4, a). 이러한 장치는 일반적으로 다양한 패널에서 주전원 전압을 제어하는 데 사용됩니다. 비교적 간단하고 저렴하지만 상당한 전력을 소비하고 좁은 주파수 범위에서 작동하며 비선형 스케일을 가지고 있습니다.

진폭, 평균, 유효

넓은 주파수 범위에서 유효 전압을 정확하게 측정하기 위한 특수 장치는 복잡하고 비용이 많이 듭니다.

전압의 진폭 값을 결정하기 위해 일반적으로 DC 전압계에 로드된 다이오드 정류기와 대형 커패시터가 사용됩니다(그림 4b). 이러한 측정의 정확도는 다이오드 양단의 강하(약 0,6V)보다 훨씬 높은 전압에 대해 충분합니다.

포인터 및 디지털 멀티미터는 교류 전압 및 전류를 모니터링할 때 평균 정류 값을 결정하고 정현파 신호의 형상 계수를 곱합니다. 결과적으로 정현파 전압을 측정할 때 장치 표시기에서 유효 값을 볼 수 있습니다. 다른 형태의 신호에서는 AC 전압계로 측정한 결과를 해석하기가 어렵습니다.

예를 들어 반파정류기를 사용하고 입력에 결합 커패시터가 없는 AC 전압계를 연결할 때 연결 극성에 따라 XNUMX 또는 실효 값의 두 배 값을 표시합니다. 전파 정류기의 출력. 반파 정류기의 출력에 연결하면 XNUMX 또는 정류되지 않은 신호의 유효 전압이 표시됩니다. 두 경우 모두 측정 결과를 신뢰할 수 없습니다. 커플링 커패시터가 있는 경우 판독값의 해석이 훨씬 더 어렵습니다.

따라서 특수 장비 없이 교류 단극 전압을 측정하려면 DC 전압계를 사용해야 합니다. 이러한 전압계는 이미 언급한 바와 같이 평균 전압을 측정하고 유효 값을 얻으려면 판독값에 형상 계수를 곱해야 합니다. 그리고 진폭 값을 얻으려면 진폭 계수를 곱하면 충분합니다.

일련의 직사각형 펄스의 전압 진폭 값을 알면 평균값 측정 결과에서 펄스의 듀티 사이클을 결정하는 것이 어렵지 않으며 때로는 매우 편리합니다.

이 표는 진폭에 대한 평균 및 유효 값의 비율과 고려된 신호의 모양 및 진폭 계수를 보여줍니다.

저자: S. Biryukov, 모스크바

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