你也困惑过吗:可否用均方根值来描述信号/系统/器件交流功率?

出处:厂商供稿 发布于:2022-05-16 17:00:52

    Q:我是否应该使用均方根(rms)功率单位来详细说明或描述与我的信号、系统或器件相关的交流功率?
    A:这取决于您如何定义rms功率。如果您不想计算交流功率波形的rms值,那么得出的结果可能没有实际意义。
    如果您需要使用电压和/或电流的rms值来计算平均功率,那么就会得出有意义的结果。
    在1 Ω电阻上施加1 V rms正弦电压时,会消耗多少功率?


    这个问题的答案很明确[1],大家对此没有任何异议。
    现在,我们将这个值与rms功率计算值比较看看。
    图1所示为1 V rms正弦曲线图。峰峰值为1 V rms × 2 √2 = 2.828 V,摆幅为+1.414 V至–1.414 V。[2]

   

    图1.1 V rms正弦曲线图。
    图2所示为1 V rms正弦电压施加于1 Ω电阻(P = V2/R)时的消耗功率曲线图,其中显示:


   

    图2.1 V rms正弦电压施加于1 Ω电阻时的消耗功率曲线图。
     该瞬时功率曲线的偏移为1 W,摆幅为0 W至2 W。
     此功率波形的rms值为1.225 W。
    计算此值的一种方法是使用公式2

    可以在MATLAB? 或Excel中使用更详细的公式[4]来验算这个值。
     此功率波形的平均值为1 W。这可以通过查看波形看到;波形在1 V上下对称波动。计算波形数据点的平均数可以得出相同的值。
    平均功率数值与使用rms电压计算得出的功率值相同。
    1 V rms正弦电压施加于1 Ω电阻时,功耗为1 W,而不是1.225 W。所以,能够得出正确值的是平均功率,平均功率具有实际意义。Rms功率(如此处所定义)没有明显的实用意义(没有明显的物理/电气意义),只是实践练习中可以计算的一个量。
    例如,采用1 A rms正弦电流通过1 Ω电阻,执行相同的分析。得出的结果相同。
    集成电路(IC)的电源一般为直流电源,所以rms功率对IC电源没有影响。对于直流而言,平均功率和rms功率的值相同。与本文中定义的rms功率不同,使用平均功率的重要性也适用于需要考虑随时间变化的电压和电流(即噪声、RF信号和振荡器)相关功率的情形。
    使用rms电压和/或rms电流来计算平均功率,可以得出有意义的功率值。
    [1] 电压施加于电阻两端产生功耗具有一种基本关系,可以从欧姆定律(V = Ir)以及电压(电能/电荷单位)和电流(电荷单位/时间)的基本定义轻松得出。电压 × 电流 = 电能/时间 = 功率
    [2] 正弦电压的峰峰幅度 = rms值 × 2√2。对于正弦电压,V p-p = V rms × 2√2,其中V p-p表示峰峰电压,V rms表示rms电压。
    [3] 这是从恒定的直流偏置值加上单独的rms交流值得出的rms值中演变而来。
    [4] 标准教科书中提供的是以下这种更详细的公式。


关键词:转换器

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