Амплитудное, среднее, эффективное. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Начинающему радиолюбителю

 Комментарии к статье

Статья посвящена влиянию формы электрического тока на его действие. В ней также рассказывается об измерении напряжения и тока электрических сигналов различной формы.

Прежде всего следует напомнить, что переменный электрический ток независимо от его формы характеризуется амплитудным Iампл (синоним - максимальное), средним Iср и эффективным Iэфф (среднеквадратичным, действующим) значениями. Действие тока на различные нагрузки при изменении его формы изменяется по-разному.

К примеру, зарядный ток аккумулятора при переходе от двухполупериодного выпрямления к однополупериодному уменьшается вдвое. Если же нагрузкой выпрямителя является нагреватель, при таком изменении формы вдвое уменьшается не ток, а мощность. Поскольку, как известно, мощность Р пропорциональна квадрату тока (P=I2R), то для однополупериодного выпрямления ток уменьшается не вдвое, а в раз! Чтобы избежать подобных противоречий и введены перечисленные понятия.

Первая из трех величин, характеризующих переменный ток, - его амплитудное значение Iампл. Оно равно максимальному мгновенному значению тока за период его изменения. Как ни странно, с точки зрения воздействия тока разной формы на различные нагрузки, амплитуда тока наименее информативна. Вот почему значение переменного тока определяют сравнением его действия с действием постоянного тока.

Среднее значение переменного тока - это значение такого постоянного тока, который переносит такой же заряд электричества за тот же промежуток времени, что и переменный ток. Для переменного тока, форма которого симметрична относительно оси времени (например, синусоидальный сигнал) среднее значение тока равно нулю. Поэтому обычно под средним значением понимают средневыпрямленное, т. е. среднее значение тока после его выпрямления. Среднее значение тока характеризует его действие, например, при зарядке аккумулятора.

Эффективное значение переменного тока - это значение постоянного тока, который, проходя через активную линейную нагрузку (скажем, резистор), выделяет за тот же промежуток времени такое же количество тепла, какое выделит в этой нагрузке переменный ток. Именно эффективное значение тока важно применительно к нагревательным приборам.

Для характеристики формы периодических сигналов введены два параметра: коэффициент амплитуды kа=Iампл/Iэфф и коэффициент формы kф=Iэфф/Iср.выпр.

При наиболее распространенной форме сигнала - синусоидальной - рассмотренные значения составляют:

Графически среднее значение переменного тока - это площадь под кривой, характеризующей зависимость тока от времени. Эффективное значение соответствует квадратному корню из площади под кривой, описывающей зависимость квадрата тока от времени. На рис. 1 приведены графики для обычного синусоидального сигнала I(t)/Iампл и его квадрата (I(t)/Iампл)2 . Из сопоставления графиков видно, что квадрат тока (а ему пропорциональна мгновенная мощность) пульсирует с удвоенной частотой по сравнению с током. Кроме того, отклонение кривой квадрата тока относительно линии на уровне 0,5 вверх и вниз одинаковы. При расчете площади под этой кривой отклонения компенсируются, а значит, она вдвое меньше, чем площадь под прямой, характеризующей постоянный ток. Поскольку эффективное значение тока пропорционально квадратному корню из площади, очевидно, что оно в меньше, чем амплитудное значение тока.

К сожалению, площадь под синусоидой I(t)/Iампл без знания интегрального исчисления не определить, придется поверить приведенным выше соотношениям.

Для напряжения переменного электрического сигнала существуют те же характеризующие значения, что и для тока, - амплитудное Uампл, среднее Uср и эффективное Uэфф. Связь между ними такая же. При эффективном напряжении сети 220 В амплитудное напряжение составляет 311 В, средневыпрямленное - 198 В.

На практике радиолюбителю приходится встречаться с электрическими сигналами разнообразной формы. Рассмотрим некоторые из них.

Синусоидальное напряжение (рис. 2,а) при двухполупериодном выпрямлении (рис. 2,б) сохраняет свои характеристики, причем среднее напряжение становится строго равным средневыпрямленному.

Выше было сказано, что при однополупериодном выпрямлении (рис. 2,в) среднее значение напряжения уменьшается в два раза по сравнению с двухполупериодным, а эффективное - в раз. Нетрудно понять, что если в каком-либо регуляторе мощности из N полупериодов на нагрузку пропускается один, среднее напряжение уменьшается в N раз (во столько же раз уменьшается и мощность в нагрузке), а эффективное - в раз.

Меандр (рис. 2,г). Так называют сигнал, который одну половину периода равен своему максимальному значению, а другую - нулю (рис. 2,г). Для него среднее значение равно половине амплитудного. Мощность, выделяемая током такой формы в нагрузке, вдвое меньше, чем мощность от постоянного тока, поэтому эффективное значение сигнала в раз меньше амплитудного. В случае двуполярного меандра (рис. 2,д) напряжения Uампл, Uср.выпр и Uэфф совпадают между собой.

Последовательность прямоугольных импульсов (рис. 2,е) длительностью t с периодом повторения T. Для такого сигнала существует понятие "скважность", которая обычно обозначается буквой Q и определяется как отношение периода к длительности импульсов: Q = T/t. Поскольку ток сигнала такой формы действует в Q раз меньшее время, чем постоянный ток, среднее значение сигнала в Q раз меньше амплитудного, а эффективное в раз.

Пилообразный сигнал (рис. 2,ж,з). Для него среднее значение (средневыпрямленное для двуполярного) равно половине амплитудного (площадь треугольника равна половине произведения основания на высоту). Для расчета эффективного значения следует определить площадь под параболой, описывающей зависимость квадрата сигнала от времени. Так просто эту площадь не посчитать, при математическом расчете эффективное значение получается в раз меньше амплитудного.

То же соотношение справедливо и для сигнала треугольной формы (рис. 2,и), в том числе и двуполярного (рис. 2,к).

Напряжение на выходе фазоимпульсного регулятора (рис. 2,л). Его форму характеризует угол проводимости a, который может в общем случае меняться в пределах от 0 до . Амплитудное значение напряжения такой формы составляет

среднее -

эффективное -

где Uампл.с - амплитудное напряжение сети на входе регулятора, а угол a в последнюю формулу должен подставляться в радианах.

На рис. 3 приведены зависимости, описываемые этими формулами.

Как измерительные приборы реагируют на сигналы различной формы? Отметим, прежде всего, что практически все стрелочные и цифровые мультиметры в режиме измерения постоянного напряжения и тока определяют среднее значение исследуемого сигнала.

Для измерения эффективного напряжения и тока подходят приборы электромагнитной системы - на их шкале нанесено изображение соответствующего знака (рис. 4,а). Эти приборы обычно используются в различных щитках для контроля сетевого напряжения. Они относительно просты и дешевы, но потребляют заметную мощность, работают в узком частотном диапазоне и имеют нелинейную шкалу.

Специальные приборы для точного измерения эффективного напряжения в широком частотном диапазоне сложны и дороги.

Чтобы определить амплитудное значение напряжения, обычно используют диодный выпрямитель, нагруженный на вольтметр постоянного тока и конденсатор большой емкости (рис. 4,б). Точность такого измерения достаточна для напряжения, значительно превышающего падение на диоде (около 0,6 В).

Стрелочные и цифровые мультиметры при контроле переменного напряжения и тока определяют средневыпрямленное значение и умножают его на коэффициент формы синусоидального сигнала. В результате при измерении напряжения синусоидальной формы на индикаторе прибора мы видим его эффективное значение. При любой другой форме сигналов интерпретация результатов измерения вольтметром переменного тока затруднена.

Например, при подключении вольтметра переменного тока, в котором использован однополупериодный выпрямитель и нет разделительного конденсатора на входе, к выходу двухполупериодного выпрямителя он покажет или ноль или значение, вдвое выше эффективного в зависимости от полярности подключения. Если же его подключить к выходу однополупериодного выпрямителя, то он покажет или ноль или эффективное напряжение невыпрямленного сигнала. И в том и в другом случае результаты измерений недостоверны. При наличии разделительного конденсатора интерпретация показаний еще более затруднительна.

Поэтому для измерения переменного однополярного напряжения при отсутствии специализированных приборов следует применять вольтметр постоянного тока. Такой вольтметр измеряет, как уже указывалось, среднее напряжение, и для получения эффективного значения его показания следует умножить на коэффициент формы. А чтобы получить амплитудное значение, достаточно эффективное умножить на коэффициент амплитуды.

Зная амплитудное значение напряжения последовательности прямоугольных импульсов, по результату измерений среднего значения нетрудно определить скважность импульсов, что иногда очень удобно.

В таблице приведены отношения среднего и эффективного значений к амплитудному, а также коэффициенты формы и амплитуды для рассмотренных сигналов.

Автор: С.Бирюков, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Начинающему радиолюбителю.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Стерильного нейтрино не существует 15.01.2026

В физике элементарных частиц поиск новых, пока не обнаруженных объектов играет ключевую роль в понимании устройства Вселенной. Иногда такие поиски приводят к громким открытиям, а иногда - к не менее важным отрицательным результатам, которые позволяют отбросить неверные направления. Именно к таким случаям относится недавний вывод ученых о судьбе стерильного нейтрино - одной из самых интригующих гипотетических частиц последних десятилетий. Исследователи из американской лаборатории Fermilab официально сообщили, что им не удалось найти доказательства существования стерильного нейтрино. К такому выводу пришла команда эксперимента MicroBooNE после многолетнего анализа столкновений нейтрино, которые ранее рассматривались как возможный намек на существование четвертого типа этих частиц. Предполагалось, что стерильное нейтрино взаимодействует с материей исключительно через гравитацию, что делало его крайне трудным объектом для обнаружения. В рамках современной физики нейтрино известны в т ...>>

Беспроводные наушники и колонки Fender 15.01.2026

Музыкальная индустрия постепенно адаптируется к цифровым технологиям, и известный производитель музыкальных инструментов Fender расширяет свое присутствие за пределы гитар и усилителей, представляя современные решения для прослушивания музыки. Новые беспроводные наушники и Bluetooth-колонки Fender объединяют богатый звук, модульность и удобство использования как для дома, так и для профессиональной работы. Флагманской новинкой стали наушники Fender Mix, отличающиеся модульной конструкцией. Динамики подключаются к оголовью через порт USB Type-C и могут быть сняты вместе с амбушюрами, что облегчает уход и транспортировку. Один из динамиков оснащен встроенным адаптером USB Type-C для подключения к источнику звука без потерь, поддерживая кодеки LDHC и Fire, а также функцию Auracast. На другом динамике размещен съемный аккумулятор, который обеспечивает до 100 часов работы без активного шумоподавления; при включении ANC время работы сокращается до 52 часов. Наушники доступны по цене $299 ...>>

Польза белкового завтрака 14.01.2026

Правильное питание по утрам играет ключевую роль в поддержании здоровья и контроле веса. Многочисленные исследования подтверждают, что состав завтрака может влиять на аппетит в течение всего дня и качество употребляемой пищи. Австралийские ученые провели масштабный эксперимент, который показал, что употребление белковой пищи с утра помогает дольше чувствовать сытость и предотвращает переедание. В исследовании участвовали более 9 тысяч человек среднего возраста 46 лет. В период с 2011 по 2012 год специалисты анализировали рационы респондентов, оценивая долю основных макронутриентов. В среднем участники потребляли 43% углеводов, 31% жиров, 18% белков, 2% клетчатки и 4% алкоголя. Такой рацион позволил ученым проследить взаимосвязь между утренним приемом пищи и пищевым поведением в течение дня. Выяснилось, что участники, чей завтрак содержал недостаточное количество белка, ощущали повышенный аппетит в течение дня. Они ели больше, чем необходимо, и часто выбирали продукты с высоким со ...>>

Случайная новость из Архива Craob X - ноутбук без разъемов 02.02.2022 Первый в мире ноутбук без разъемов создан компанией Craob. Концепт с названием Craob X относится к тонким и легким ноутбукам, которые порой называют ультрабуками. Вес этой модели с экраном 13,3 дюйма - всего 0,861 кг, а толщина корпуса - 7 мм. Craob X работает вместе с фирменным зарядным устройством, которое без проводов заряжает встроенную батарею ноутбука и позволяет подключать к нему устройства через разъемы USB-C и USB-A, Thunderbolt, карты SD и проводные наушники. Это устройство крепится к крышке ноутбука благодаря магниту. Craob X получил новейший модуль Intel Wi-Fi 6E для подключения к беспроводной сети. Ноутбук Craob X работает на основе процессора Intel Core i7-1280P из 12-го поколения чипов, представленного в 2021 году. Intel Core i7-1280P потребляет до 28 Вт энергии. 14 ядер в нем работают на частотах от 1,8 ГГц до 4,8 ГГц, в него встроен видеоадаптер Intel Iris Xe. Ноутбук оснащен оперативной памятью LPDDR5 (до 32 ГБ), SSD-накопителем PCIe 4.0 x4 (до 2 ТБ), а также экраном с разрешением 4K.

Другие интересные новости:

▪ Умное кольцо от Samsung

▪ Электродная модернизация скафандров защити от марсианской пыли

▪ Горизонтальный ветродвигатель

▪ Автономная охлаждающая ткань

▪ Модули Wi-Fi 6E для компьютеров на базе Ryzen

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электромонтажные работы. Подборка статей

▪ статья Планета Уран. История и суть научного открытия

▪ статья Как свечи использовали в качестве часов и будильника? Подробный ответ

▪ статья Инженер по стандартизации и качеству. Должностная инструкция

▪ статья Устройство дистанционного управления на 12 команд повышенной мощности. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Импульсный стабилизатор напряжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026