Amplituda, średnia, efektywna. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Początkujący amator radiowy

 Komentarze do artykułu

Artykuł poświęcony jest wpływowi postaci prądu elektrycznego na jego działanie. Mówi się także o pomiarze napięcia i prądu sygnałów elektrycznych o różnych kształtach fali.

Przede wszystkim należy przypomnieć, że prąd przemienny, niezależnie od jego postaci, charakteryzuje się wartościami amplitudy Iampl (synonim - maksimum), wartością średnią Iav i efektywną Ieff (rms, efektywna). Wpływ prądu na różne obciążenia zmienia się w różny sposób, gdy zmienia się jego kształt.

Na przykład prąd ładowania akumulatora podczas przełączania z prostowania pełnookresowego na prostowanie półfalowe zmniejsza się o połowę. Jeśli obciążeniem prostownika jest grzejnik, przy takiej zmianie kształtu nie prąd, ale moc zmniejsza się o połowę. Ponieważ, jak wiadomo, moc P jest proporcjonalna do kwadratu prądu (P = I2R), to przy prostowaniu półfalowym prąd zmniejsza się nie o połowę, ale o raz! Aby uniknąć takich sprzeczności, wprowadza się powyższe koncepcje.

Pierwszą z trzech wielkości charakteryzujących prąd przemienny jest jego wartość amplitudye Iampl. Jest on równy maksymalnej chwilowej wartości prądu w okresie jego zmiany. Co dziwne, z punktu widzenia wpływu prądu o różnych kształtach na różne obciążenia, amplituda prądu jest najmniej informacyjna. Dlatego wartość prądu przemiennego określa się poprzez porównanie jego działania z działaniem prądu stałego.

średni Wartość AC to wartość prądu stałego, który przenosi ten sam ładunek energii elektrycznej w tym samym czasie, co prąd przemienny. W przypadku prądu przemiennego, którego kształt jest symetryczny względem osi czasu (na przykład sygnał sinusoidalny), średnia wartość prądu wynosi zero. Dlatego przez wartość średnią zwykle rozumie się wartość średnią wyprostowaną, czyli średnią wartość prądu po jego wyprostowaniu. Średnia wartość prądu charakteryzuje jego działanie, na przykład podczas ładowania akumulatora.

Efektywny wartość prądu przemiennego to wartość prądu stałego, który przechodząc przez aktywne obciążenie liniowe (powiedzmy rezystor) uwalnia w tym samym czasie taką samą ilość ciepła, jaką prąd przemienny wydzieli w tym obciążeniu. W przypadku urządzeń grzewczych istotna jest wartość skuteczna prądu.

Do scharakteryzowania kształtu sygnałów okresowych wprowadza się dwa parametry: współczynnik amplitudy ka=Iampl/Ieff oraz współczynnik kształtu kph=Ieff/Iav.ex.

Dla najczęstszego kształtu sygnału – sinusoidalnego – uwzględniane są wartości:

Graficznie średnia wartość prądu przemiennego to obszar pod krzywą charakteryzującą zależność prądu od czasu. Wartość skuteczna odpowiada pierwiastkowi kwadratowemu pola pod krzywą opisującą zależność kwadratu prądu od czasu. Na ryc. 1 przedstawia wykresy konwencjonalnego sygnału sinusoidalnego I(t)/Iampl i jego kwadratu (I(t)/Iampl)2. Z porównania wykresów jasno wynika, że ​​kwadrat prądu (a moc chwilowa jest do niego proporcjonalna) pulsuje z częstotliwością dwukrotnie większą niż prąd. Dodatkowo odchylenie aktualnej krzywej kwadratowej względem linii na poziomie 0,5 w górę i w dół jest takie samo. Przy obliczaniu pola pod tą krzywą odchyłki są kompensowane, co oznacza, że ​​jest ono o połowę mniejsze niż pole pod prostą charakteryzującą prąd stały. Ponieważ wartość skuteczna prądu jest proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego z powierzchni, oczywiste jest, że tak jest mniejsza niż wartość amplitudy prądu.

Niestety pola pod sinusoidą I(t)/Iampl nie da się wyznaczyć bez znajomości rachunku całkowego, trzeba będzie zaufać powyższym współczynnikom.

Dla napięcia przemiennego sygnału elektrycznego występują te same wartości charakterystyczne, co dla prądu - amplituda Uampl, średnia Uav i efektywna Ueff. Połączenie między nimi jest takie samo. Przy efektywnym napięciu sieciowym 220 V napięcie szczytowe wynosi 311 V, średnie napięcie wyprostowane wynosi 198 V.

W praktyce radioamator ma do czynienia z sygnałami elektrycznymi o różnych kształtach. Przyjrzyjmy się niektórym z nich.

Napięcie sinusoidalne (Rys. 2, a) z prostowaniem pełnookresowym (ryc. 2, b) zachowuje swoje właściwości, a średnie napięcie staje się ściśle równe średniemu napięciu wyprostowanemu.

Powyżej powiedziano, że przy prostowaniu półfalowym (ryc. 2, c) średnia wartość napięcia zmniejsza się o połowę w porównaniu do prostowania pełnookresowego, a napięcie efektywne zmniejsza się o współczynnik. Nietrudno zrozumieć, że jeśli w jakimkolwiek regulatorze mocy z N półcykli na obciążenie pominie się jeden, to średnie napięcie zmniejszy się N razy (moc w obciążeniu spadnie o tę samą wartość), a napięcie efektywne o czynnik razy

Meandry (ryc. 2, d). Jest to nazwa sygnału, który w jednej połowie okresu ma wartość maksymalną, a w drugiej zero (rys. 2d). Dla niego średnia wartość jest równa połowie amplitudy. Moc generowana przez prąd o tej postaci w obciążeniu jest o połowę mniejsza niż moc prądu stałego, zatem wartość skuteczna sygnału w razy mniejsza od amplitudy. W przypadku meandera bipolarnego (rys. 2e) napięcia Uampl, Uav.ext i Ueff pokrywają się.

Prostokątny ciąg impulsów (Rys. 2, e) czasu trwania t z okresem powtarzania T. Dla takiego sygnału istnieje pojęcie „współczynnika wypełnienia”, który jest zwykle oznaczony literą Q i jest definiowany jako stosunek okresu do impulsu czas trwania: Q = T/t. Ponieważ prąd sygnałowy w tej postaci działa Q razy krócej niż prąd stały, średnia wartość sygnału jest Q razy mniejsza niż amplituda, a wartość skuteczna wynosi razy

sygnał piłokształtny (Rys. 2g, h). Dla niego wartość średnia (średnia skorygowana dla dwubiegunowego) jest równa połowie amplitudy (pole trójkąta jest równe połowie iloczynu podstawy i wysokości). Aby obliczyć wartość skuteczną, należy wyznaczyć pole pod parabolą opisującą zależność kwadratu sygnału od czasu. Obliczenie tego obszaru nie jest łatwe, w obliczeniach matematycznych wartość efektywną uzyskuje się w razy mniejsza niż amplituda.

Ta sama zależność dotyczy sygnału trójkątnego (ryc. 2, i), w tym dwubiegunowego (ryc. 2, j).

Napięcie na wyjściu regulatora impulsu fazowego (ryc. 2, l). Jego kształt charakteryzuje się kątem przewodności a, który na ogół może zmieniać się od 0 do . Wartość amplitudy napięcia tej postaci wynosi

przeciętny -

skuteczny -

gdzie Uamp.s jest amplitudą napięcia sieci na wejściu regulatora, a kąt a w ostatnim wzorze należy zastąpić radianami.

Na ryc. Rysunek 3 przedstawia zależności opisane tymi wzorami.

Jak przyrządy pomiarowe reagują na sygnały o różnych kształtach? Przede wszystkim zauważmy, że prawie wszystkie multimetry zegarowe i cyfrowe w trybie pomiaru stałego napięcia i prądu wyznaczają średnią wartość badanego sygnału.

Przyrządy układu elektromagnetycznego nadają się do pomiaru napięcia skutecznego i prądu - na ich skali nadrukowany jest obraz odpowiedniego znaku (ryc. 4, a). Urządzenia te są zwykle stosowane w różnych panelach do monitorowania napięcia sieciowego. Są stosunkowo proste i tanie, ale zużywają znaczną moc, działają w wąskim zakresie częstotliwości i mają nieliniową skalę.

Specjalne przyrządy do dokładnego pomiaru napięcia skutecznego w szerokim zakresie częstotliwości są złożone i drogie.

Aby określić wartość amplitudy napięcia, zwykle stosuje się prostownik diodowy obciążony woltomierzem prądu stałego i dużym kondensatorem (ryc. 4b). Dokładność takiego pomiaru jest wystarczająca dla napięć znacznie wyższych niż spadek na diodzie (około 0,6 V).

Podczas monitorowania napięcia i prądu przemiennego multimetry zegarowe i cyfrowe określają średnią wartość wyprostowaną i mnożą ją przez współczynnik kształtu sygnału sinusoidalnego. Dzięki temu mierząc napięcie sinusoidalne na wskaźniku urządzenia, widzimy jego wartość skuteczną. Interpretacja wyników pomiaru woltomierza prądu przemiennego przy jakimkolwiek innym przebiegu jest trudna.

Na przykład, jeśli podłączysz woltomierz prądu przemiennego, który wykorzystuje prostownik półfalowy i nie ma kondensatora sprzęgającego na wejściu, na wyjściu wskaże zero lub wartość dwukrotnie większą od wartości skutecznej, w zależności od polaryzacji połączenia. prostownika pełnookresowego. Jeśli zostanie podłączony do wyjścia prostownika półfalowego, będzie wskazywał zero lub napięcie skuteczne sygnału nierektyfikowanego. W obu przypadkach wyniki pomiarów są niewiarygodne. Jeżeli występuje kondensator izolujący, interpretacja odczytów jest jeszcze trudniejsza.

Dlatego do pomiaru jednobiegunowego napięcia przemiennego w przypadku braku specjalistycznych przyrządów należy zastosować woltomierz prądu stałego. Taki woltomierz mierzy, jak już wskazano, średnie napięcie i aby uzyskać wartość skuteczną, jego odczyty należy pomnożyć przez współczynnik kształtu. Aby uzyskać wartość amplitudy, wystarczy skutecznie pomnożyć ją przez współczynnik amplitudy.

Znając wartość amplitudy napięcia ciągu prostokątnych impulsów, nie jest trudno wyznaczyć współczynnik wypełnienia impulsów na podstawie wyniku pomiaru wartości średniej, co czasami jest bardzo wygodne.

W tabeli przedstawiono stosunek wartości średnich i skutecznych do amplitudy, a także współczynniki kształtu i amplitudy dla rozpatrywanych sygnałów.

Autor: S. Biryukov, Moskwa

Zobacz inne artykuły Sekcja Początkujący amator radiowy.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Sztuczna skóra do emulacji dotyku 15.04.2024

W świecie nowoczesnych technologii, w którym dystans staje się coraz bardziej powszechny, ważne jest utrzymywanie kontaktu i poczucia bliskości. Niedawne odkrycia w dziedzinie sztucznej skóry dokonane przez niemieckich naukowców z Uniwersytetu Saary wyznaczają nową erę wirtualnych interakcji. Niemieccy naukowcy z Uniwersytetu Saary opracowali ultracienkie folie, które mogą przenosić wrażenie dotyku na odległość. Ta najnowocześniejsza technologia zapewnia nowe możliwości wirtualnej komunikacji, szczególnie tym, którzy znajdują się daleko od swoich bliskich. Ultracienkie folie opracowane przez naukowców, o grubości zaledwie 50 mikrometrów, można wkomponować w tekstylia i nosić jak drugą skórę. Folie te działają jak czujniki rozpoznające sygnały dotykowe od mamy lub taty oraz jako elementy uruchamiające, które przekazują te ruchy dziecku. Dotyk rodziców do tkaniny aktywuje czujniki, które reagują na nacisk i odkształcają ultracienką warstwę. Ten ... >>

Żwirek dla kota Petgugu Global 15.04.2024

Opieka nad zwierzętami często może być wyzwaniem, szczególnie jeśli chodzi o utrzymanie domu w czystości. Zaprezentowano nowe, ciekawe rozwiązanie od startupu Petgugu Global, które ułatwi życie właścicielom kotów i pomoże im utrzymać w domu idealną czystość i porządek. Startup Petgugu Global zaprezentował wyjątkową toaletę dla kotów, która automatycznie spłukuje odchody, utrzymując Twój dom w czystości i świeżości. To innowacyjne urządzenie jest wyposażone w różne inteligentne czujniki, które monitorują aktywność Twojego zwierzaka w toalecie i aktywują automatyczne czyszczenie po użyciu. Urządzenie podłącza się do sieci kanalizacyjnej i zapewnia sprawne usuwanie nieczystości bez konieczności ingerencji właściciela. Dodatkowo toaleta ma dużą pojemność do spłukiwania, co czyni ją idealną dla gospodarstw domowych, w których mieszka więcej kotów. Miska na kuwetę Petgugu jest przeznaczona do stosowania z żwirkami rozpuszczalnymi w wodzie i oferuje szereg dodatkowych funkcji ... >>

Atrakcyjność troskliwych mężczyzn 14.04.2024

Od dawna panuje stereotyp, że kobiety wolą „złych chłopców”. Jednak najnowsze badania przeprowadzone przez brytyjskich naukowców z Monash University oferują nowe spojrzenie na tę kwestię. Przyjrzeli się, jak kobiety reagowały na emocjonalną odpowiedzialność mężczyzn i chęć pomagania innym. Wyniki badania mogą zmienić nasze rozumienie tego, co sprawia, że ​​mężczyźni są atrakcyjni dla kobiet. Badanie przeprowadzone przez naukowców z Monash University prowadzi do nowych odkryć na temat atrakcyjności mężczyzn w oczach kobiet. W eksperymencie kobietom pokazywano zdjęcia mężczyzn z krótkimi historiami dotyczącymi ich zachowania w różnych sytuacjach, w tym reakcji na spotkanie z bezdomnym. Część mężczyzn ignorowała bezdomnego, inni natomiast pomagali mu, kupując mu jedzenie. Badanie wykazało, że mężczyźni, którzy okazali empatię i życzliwość, byli bardziej atrakcyjni dla kobiet w porównaniu z mężczyznami, którzy okazali empatię i życzliwość. ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Płyta główna Gigabyte G1.Sniper Z87 15.11.2013 Gigabyte przedstawił płytę główną G1.Sniper Z87 ATX przeznaczoną do budowy komputerów do gier i komputerów o wysokiej wydajności. Podobnie jak poprzednie modele z serii Sniper, nowość wykonana jest w kolorystyce czarno-zielonej. G1.Sniper Z87, jak sama nazwa wskazuje, jest oparty na chipsecie Intel Z87 Express i jest przeznaczony do procesorów Intel LGA 1150. Gigabyte G1.Sniper Z87 jest wyposażony w cztery gniazda na moduły pamięci RAM, obsługiwane są paski DDR3 o częstotliwości do 3000 MHz (w trybie podkręcania). Istnieją dwa gniazda PCI Express x16, towarzyszą im trzy porty PCI Express x1. Przy wykorzystaniu w systemie dwóch kart 3D, każda z nich działa w trybie x8. Konstrukcja płyty zapewnia sześć portów SATA 6 Gb/s, producent zgłasza obsługę trybów RAID 0, 1, 5 i 10. Panel interfejsu płyty głównej ma trzy wyjścia wideo, cztery porty USB 3.0 i dwa porty USB 2.0, złącze RJ-45, port PS/2, wyjście S/PDIF i standardowe gniazda do podłączania urządzeń audio. Gigabyte G1.Sniper Z87 wykorzystuje wysokiej jakości komponenty Ultra Durable 4 Plus, punkty testowe napięcia, dwa układy BIOS i diodę debugowania. Cechy produktu, na które potencjalni odbiorcy z pewnością zwrócą uwagę, to gigabitowa karta sieciowa Qualcomm Atheros Killer E2200, czterordzeniowy procesor audio Creative Sound Core3D oraz odłączany wzmacniacz operacyjny OP-AMP.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Mars był dwukrotnie pokryty oceanami

▪ Chlorpiryfos zwiększa ryzyko otyłości

▪ Twitter w bibliotece

▪ Jadalna taśma klejąca

▪ Przewidywanie dużych rozbłysków słonecznych

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja witryny Technologia fabryczna w domu. Wybór artykułu

▪ Artykuł o westernizmie. Popularne wyrażenie

▪ artykuł Dlaczego żaby często mrugają podczas jedzenia? Szczegółowa odpowiedź

▪ Artykuł Zawroty głowy. Opieka zdrowotna

▪ artykuł Udoskonalona wersja oprogramowania systemu sterowania. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Ochrona systemów głośnikowych przed przeciążeniami. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024