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关于功率分析仪的功率测量参数,它的定义你真的知道吗(一)?

关于功率分析仪的功率测量参数,它的定义你真的知道吗(一)?

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这篇内容是对一些“众所周知”的功率分析仪功率测量参数的简单描述,这些测量参数是经常用到的,但是事实上很少的人能记住,他们来自哪里,什么是他们的确切定义。
这篇内容是对一些“众所周知”的功率分析仪功率测量参数的简单描述,这些测量参数是经常用到的,但是事实上很少的人能记住,他们来自哪里,什么是他们的确切定义。
 
功率分析仪的功率测量和理论背景
 
 
直流DC 数值
 
■ 单纯的信号
一个信号最简单的情况是一个信号,它在任何时间段都不会改变它的幅值。
直流DC信号的定义是十分简单的:
一个直流信号总是有相同的幅值。
理论上,“总是”是无限期地运行。所以在实践中你定义一个时间周期,然后说:
一个直流信号在一个时间周期内具有相同的幅值。
 
■ 混合信号
这里有对直流信号的另外一个可能的定义(或是信号的直流分量)。如大家所知道的,你可以根据傅里叶变换将每个信号分解成许多不同频率,幅值和相位偏移的正弦信号。这种“正弦信号”的一个特例是信号的直流部分(可以描述为频率为0Hz的cos函数)。
 
由此可见,直流分量的定义只是一个信号的平均值。作为一个公式,可以写成(在这个和所有其他例子中,我们使用电压举例,如果你想使用电流,你会得到相同的结果):
 
 
当然这个定义对于单纯的直流信号也是有效的。根据这个定义,用户可以选择任何时间间隔来获得直流值。但实际中你经常有周期性的信号。这些信号在时间周期T之后重复。因此如果时间T被包含在公式1中的时间间隔中,那么通常认知的公式是:
 
 
 
结论
■ 直流分量是一个信号的平均值
■ 实际中你必须给直流值定义一个时间间隔
 
整流值
整流值通常是一个有根据的数值。今天,只有在很少的应用中需要用到它(例如Urect与磁通量Bpk是成正比的。这在一些变压器应用中很重要)。
 
当第一个AC交流信号出现时,整流值被创建了。同时有很多可移动线圈表计被使用。但是他们只测量正弦信号的平均值(直流值)。解决这个问题的第一个方法是对信号进行修正,并取整流后信号的平均值:
 
 
根据这个定义,用户可以选择任何时间间隔来获得一个RECT值。但实际中你经常有周期性的信号。这种信号在时间周期T之后重复出现。因此,如果时间T被包含在时间间隔的公式3中,通常所知道的公式如下:
 
 
整流值的缺点是:对于许多应用,你需要一个与电阻吸收的功率成正比的值(参加“RMS有效值”)。为此,你可以计算信号的RECT值与信号的RMS有效值之间的比例因数。这个因数叫做波形因数:波形因数很大程度上取决于信号的波形形状。因此,在可移动线圈测试仪器的变比上,正弦信号的波形因数被整合生成了。对于其他波形形状,你会得到测量误差。
 
结论
■ RECT整流分量是整流信号的平均值
■ 在实际中你必须为RECT整流值定义一个时间间隔
■ 对应每个波形形状,RECT整流值有另一个比例因数来获得RMS有效值。
 
波形因数
波形因数只是信号的RMS有效值与RECT直流值的比率:
 
 
RMS有效值
如果你有电压或是电流信号,并将其应用于一个欧姆电阻,你将有一个功率损耗。问题是每个不同的波形都会产生另一个功率损耗,所以你必须定义长期可运行的波形,这个波形不会使电阻过载。波形的定义可能是非常复杂的:你需要画图或是数学计算描述。
 
对于一个更实际的解决方案,是可以尝试通过用功率来描述一个波形。这是RMS有效值最普遍的定义:信号的RMS有效值是直流信号的振幅,它将在同一时间内将相同的能量例如施加的信号传递到欧姆电阻中。
作为一个公式,你可以使用:
 
 
使用此定义,你可以选择任意信号的任意时间间隔来计算RMS有效值。如果你在同一时间间隔内应用一个具有RMS有效值振幅的直流信号,同样的能量就会被推送到电阻中。在此定义中,用户可以选择任意时间间隔来获得RMS有效值。但在实际中你经常有周期性的信号。这些信号在周期时间T之后重复。
 
因为,如果时间T被包含在时间间隔的“公式6”中,通常所知的公式如下:
 
这个公式的优点是,每个周期都得到相同的值。所以这足以给出一个单一的值用来描述一个关于它在欧姆电阻中的功耗的信号。这对于99%的测量应用都是有效的。记住这是周期信号的简化定义。有时它是难以找到信号的正确时间间隔或问题所在:什么是真正的时间间隔?这个很大程度上取决于你的应用。
 
结论
■ RMS有效值与欧姆电阻的功耗成正比
■ 通常它是在信号的一个周期内定义的
■ 其他时间间隔也许是可能的
 
TRMS真有效值
理论上,RMS有效值和TRMS真有效值是完全相同的。在实际中是有不同的测量方法。
 
■ 一些较老的模拟信号式仪器只是测量整流值,并将其与波形因数相乘,得到信号的RMS有效值。这只有当信号是正弦时才有效。对于非正弦信号,你需要另一个波形因数。
■ 有些仪器只测量信号的交流部分。直流分量也会在电阻中产生功耗。如果直流分量存在,这些仪器可能显示错误的值。
 
为了表明仪器测量的RMS有效值是独立于信号的波形的,这个仪器将它们的值称为真有效值。
 
峰值
峰值的定义是简单的:
峰值是信号的最大振幅点
 
在实际中有一些进一步的定义:
■ 正峰值
■ 负峰值
■ 峰值
■ 峰峰值
 
峰值对功率测量仪器来说是重要的。如果选择的测量量程太大,那么可能发生:
■ 模拟式仪器可能会饱和,这将导致测量误差。
■ 可以达到ADC数字式仪器的满量程。因此会切断导致扭曲和测量误差的信号。
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