單管放大交流電路波形圖含義（交流波形與交流電路理論）

2023-09-20 16:24:01

電路理論中使用最多的交流波形是正弦波或正弦波。電壓源形式的周期性 AC 波形產生 EMF，其極性定期反轉，完成一次完全反轉所需的時間稱為波形周期。

直流電或更常見的DC是一種電流或電壓形式，僅在一個方向上圍繞電路流動，使其成為「單向」電源。

通常，直流電流和電壓均由電源、電池、發電機和太陽能電池等產生。直流電壓或電流具有固定的幅度（振幅）和與之相關的確定方向。例如 12V代表正向12伏，-5V代表負向5伏。

我們還知道，直流電源不會隨時間改變其值，它們是在連續穩態方向上流動的恆定值。換句話說，DC 始終保持相同的值，並且恆定的單向 DC 電源永遠不會改變或變為負值，除非其連接在物理上被反轉。下面顯示了一個簡單的 DC 或直流電路的示例。

另一方面，交替函數或AC 波形被定義為在幅度和方向上以相對於時間或多或少均勻的方式變化的波形，使其成為「雙向」波形。交流函數可以表示電源或信號源，其交流波形的形狀通常遵循數學正弦波的形狀，定義為：A(t) = A max *sin(2πƒt)。

術語 AC 或對其交流電的完整描述，通常是指隨時間變化的波形，其中最常見的被稱為正弦波，更廣為人知的是正弦波。正弦波形通常被簡稱為正弦波。正弦波是迄今為止電氣工程中使用的最重要的交流波形類型之一。

通過繪製電壓或電流的瞬時縱坐標值隨時間變化而獲得的形狀稱為交流波形。交流波形每半個周期不斷改變其極性，分別在時間上分別在正最大值和負最大值之間交替，一個常見的例子是我們在家中使用的家用電源電壓。

這意味著交流波形是一種「時間相關信號」，最常見的時間相關信號類型是周期波形。周期性或交流波形是旋轉發電機的結果。通常，任何周期波形的形狀都可以使用基頻生成，並將其與不同頻率和幅度的諧波信號疊加，但那是另一個教程的內容。

交流電壓和電流不能像直流電 (DC) 那樣存儲在電池或電池中，在需要時使用交流發電機或波形發生器生成這些量更容易和更便宜。交流波形的類型和形狀取決於產生它們的發生器或設備，但所有交流波形都包含一條零電壓線，它將波形分成對稱的兩半。交流波形的主要特徵定義為：

在我們關于波形的教程中 ，我們查看了不同類型的波形並說「波形基本上是電壓或電流變化的可視化表示，繪製為時間基準」。通常，對於 AC 波形，這條水平基線表示電壓或電流為零的情況。位於水平零軸上方的 AC 型波形的任何部分都表示沿一個方向流動的電壓或電流。

同樣，位於水平零軸下方的波形的任何部分都表示沿與第一個方向相反的方向流動的電壓或電流。通常對於正弦交流波形，零軸上方的波形形狀與其下方的形狀相同。然而，對於包括音頻波形在內的大多數非電源交流信號，情況並非總是如此。

電氣和電子工程中使用的最常見的周期信號波形是正弦波形。然而，交流交流波形可能並不總是採用基於三角正弦或餘弦函數的平滑形狀。交流波形也可以採用復波、方波或三角波的形狀，如下所示。

交流波形從其正半部分到負半部分並再次回到其零基線完成一個完整模式所花費的時間稱為一個周期，一個完整的周期包含一個正半周期和一個負半周期。波形完成一個完整周期所花費的時間稱為波形的周期時間，並用符號「T」表示。

一秒內產生的完整周期數（周​期/秒）稱為頻率，交變波形的符號ƒ。頻率的單位是赫茲，( Hz ) 是以德國物理學家海因裡希·赫茲的名字命名的。

然後我們可以看到周期（振蕩）、周期時間和頻率（每秒周期數）之間存在關係，因此如果一秒內有ƒ個周期，則每個單獨的周期必須花費1/ƒ秒才能完成。

1. 50Hz 波形的周期時間是多少？ 2. 周期時間為 10mS 的交流波形的頻率是多少。

1).

2).過去，頻率以縮寫為「cps」的「每秒周期數」表示，但現在更常用的單位是「赫茲」。對於家用主電源，頻率為 50Hz 或 60Hz，具體取決於國家/地區，並由發電機的轉速決定。但是一赫茲是一個非常小的單位，因此使用前綴表示波形在較高頻率（例如kHz、MHz甚至GHz ）下的數量級。

除了了解交變量的周期時間或頻率外，交流波形的另一個重要參數是振幅，更廣為人知的是它的最大值或峰值，由項表示，V max表示電壓，I max表示電流。

峰值是波形在從零基線開始測量的每個半周期內達到的電壓或電流的最大值。與可以使用歐姆定律測量或計算的具有穩定狀態的直流電壓或電流不同，交流量會隨時間不斷改變其值。

對於純正弦波形，兩個半周期 ( Vm = -Vm )的峰值始終相同，但對於非正弦波形或複雜波形，每個半周期的最大峰值可能非常不同。有時，交變波形被賦予一個峰峰值，V p-p值，這只是一個完整周期內最大峰值 V max和最小峰值-V max之間的距離或電壓總和。

由於直流電壓恆定，因此連續直流電壓的平均值或平均值將始終等於其最大峰值。只有當直流電壓的佔空比發生變化時，該平均值才會發生變化。在純正弦波中，如果在整個周期內計算平均值，則平均值將等於零，因為正半部分和負半部分將相互抵消。因此，僅在半個周期內計算或測量交流波形的平均值或平均值，如下所示。

為了找到波形的平均值，我們需要使用數學中常見的中坐標規則、梯形規則或辛普森規則來計算波形下方的面積。只需使用中坐標規則，就可以輕鬆找到任何不規則波形下的大致面積。

零軸基線被分成任意數量的相等部分，在我們上面的簡單示例中，該值為九（V 1到 V 9 ）。繪製的縱坐標線越多，最終平均值或平均值就越準確。平均值將是所有瞬時值相加後除以總數。這是給出的。

其中：n等於實際使用的中坐標數。

對於純正弦波形，此平均值或均值將始終等於0.637*V max，並且此關係也適用於電流的平均值。

我們上面計算的交流波形的平均值為：0.637*V max與我們用於直流電源的值不同。這是因為與恆定且具有固定值的直流電源不同，交流波形會隨時間不斷變化並且沒有固定值。因此，為負載提供與直流等效電路相同的電功率的交流系統的等效值稱為「有效值」。

正弦波的有效值在負載中產生相同的 I 2 *R 熱效應，就像我們期望看到的相同負載是否由恆定直流電源供電一樣。正弦波的有效值通常稱為均方根或簡稱為RMS值，因為它計算為電壓或電流平方的均值（平均值）的平方根。

也就是說，V rms或 I rms是作為正弦波的所有平方中坐標值之和的平均值的平方根給出的。任何 AC 波形的 RMS 值都可以從以下修改後的平均值公式中找到，如圖所示。

其中：n等於中坐標的數量。

對於純正弦波形，此有效值或 RMS 值也始終相等：1/ √ 2 *V max等於0.707*V max，此關係適用於電流的 RMS 值。除矩形波外，正弦波的 RMS 值始終大於平均值。在這種情況下，熱效應保持不變，因此平均值和 RMS 值將相同。

關於 RMS 值的最後評論。除非另有說明，否則大多數萬用表，無論是數字式還是模擬式，都只測量電壓和電流的 RMS 值，而不是平均值。因此，當在直流系統上使用萬用表時，讀數將等於I = V/R，對於交流系統，讀數將等於Irms = Vrms/R。

另外，除平均功率計算外，在計算 RMS 或峰值電壓時，僅使用 V RMS來計算 I RMS值，或使用峰值電壓 Vp 來計算峰值電流 Ip 值。不要將它們混合在一起，因為正弦波的平均值、RMS 或峰值是完全不同的，您的結果肯定是不正確的。

儘管目前很少使用，但形狀因數和波峰因數都可用於提供有關 AC 波形實際形狀的信息。形狀因數是平均值與 RMS 值之間的比率，並給出為。

對於純正弦波形，Form Factor 始終等於1.11。波峰因數是 RMS 值與波形峰值之間的比率，給出為。

對於純正弦波形，波峰因數始終等於1.414。

6 安培的正弦交流電流流過 40Ω 的電阻。計算電源的平均電壓和峰值電壓。

RMS 電壓值計算如下：

平均電壓值計算如下：

峰值電壓值計算如下：

平均值、RMS、形狀因數和波峰因數的使用和計算也可用於任何類型的周期波形，包括三角波、方波、鋸齒波或任何其他不規則或複雜的電壓/電流波形。各種正弦波值之間的轉換有時會令人困惑，因此下表提供了一種將一個正弦波值轉換為另一個正弦波值的簡便方法。

在下一個關於正弦波形的教程中，我們將了解生成正弦交流波形（正弦曲線）的原理及其角速度表示。