沟通波形与沟通电路理论

  沟通正弦波形是经过线圈在磁场中旋转发生的，交变电压和电流构成了沟通理论的根底。

  在电路理论中，最常用的沟通波形是正弦波。周期流波形作为电压源时，会发生电动势（EMF），其极性以固定时刻距离反向，完结一次完好反向所需的时刻称为波形的周期。

  直流电（Direct Current，简称D.C.）是电流或电压的一种办法，它仅沿电路单向活动，因而被称为“单向”电源。

  直流电流和电压一般由电源、电池、发电机和太阳能电池等设备发生。直流电压或电流具有固定的幅值（振幅）和清晰的方向。例如，+12V表明正向的12伏特，-5V表明负向的5伏特。

  直流电源的数值不随时刻改动，它以稳定的数值沿稳态方向继续活动。换句话说，直流在一切时刻内坚持相同数值，稳定的单向直流电源除非物理衔接反向，不然永久都不或许改动或变为负值。以下是一个简略直流电路的示例：

  另一方面，沟通函数或沟通波形界说为在起伏和方向上随时刻以大致均匀的办法改动的“双向”波形。沟通函数能表明电源或信号源，其波形一般遵从数学正弦曲线，界说为：A(t) = Amax*sin(2πƒt)。

  正弦波形一般简称为“正弦波”（Sine Wave）。正弦波是电气工程中最重要的沟通波形之一。

  经过制作电压或电流的瞬时纵坐标值随时刻改动的图形，得到的形状称为沟通波形。沟通波形每半周期极性回转一次，随时刻在正最大值和负最大值之间替换改动，家用沟通电源电压便是一个常见比如。

  这意味着沟通波形是一种“时刻相关信号”，其间最常见的类型是周期性波形。周期性或沟通波形是旋转发电机发生的产品。

  一般，任何周期性波形的形状都可以终究靠基频生成，并叠加不同频率和起伏的谐波信号，但这将在其他教程中评论。

  沟通电压和电流无法像直流电（DC）那样存储在电池或电池中，但经过沟通发电机或波形发生器可以更轻松、更经济地按需生成这些量。

  沟通波形的类型和形状取决于发生它们的发电机或设备，但一切沟通波形都由一条零电压线组成，该线将波形分为两个对称部分。沟通波形的主要特征界说如下：

  - 周期（T）：波形从开端到完结一次重复所需的时刻（秒）。关于正弦波，也称为周期时刻；关于方波，称为脉冲宽度。

  - 频率（ƒ）：波形在一秒内重复的次数。频率是周期的倒数（ƒ = 1/T），单位为赫兹（Hz）。

  在关于波形的教程中，咱们说到“波形本质上是电压或电流随时刻改动的视觉表明”。

  关于沟通波形，水平基线一般表明电压或电流的零状况。波形中坐落水平零轴上方的部分表明电压或电流沿一个方向活动，而坐落下方的部分表明沿相反方向活动。关于正弦沟通波形，零轴上方的形状与下方相同，但关于大多数非功率沟通信号（如音频波形），状况并非总是如此。

  电气和电子工程中最常用的周期性信号波形是正弦波。但是，沟通波形并不总是根据三角函数正弦或余弦的滑润形状，还可以是杂乱波、方波或三角波，如下图所示。

  沟通波形从正半周期到负半周期再回到零基线完结一个完好形式所需的时刻称为一个周期，一个完好周期包含一个正半周期和一个负半周期。波形完结一个完好周期所需的时刻称为波形的周期时刻，符号为“T”。

  每秒发生的完好周期数（周期/秒）称为频率，符号为ƒ，单位为赫兹（Hz），以德国物理学家海因里希·赫兹命名。

  由此可见，周期（振动）、周期时刻和频率（每秒周期数）之间有联系：假如一秒内有ƒ个周期，则每个周期需求1/ƒ秒完结。

  频率曩昔以“每秒周期数”（cps）表明，但现在更常用“赫兹”（Hz）为单位。家用电源的频率取决于国家，一般为50Hz或60Hz，由发电机的转速决议。但1赫兹是一个很小的单位，因而关于更高频率的波形，一般运用千赫兹（kHz）、兆赫兹（MHz）乃至吉赫兹（GHz）等前缀表明数量级。

  除了周期时刻或频率外，沟通波形的另一个重要参数是振幅，一般称为最大值或峰值，用Vmax（电压）或Imax（电流）表明。

  峰值是波形在每个半周期内从零基线到达的最大电压或电流值。与可以终究靠欧姆定律丈量或核算的稳态直流不同，沟通量随时刻不断改动。

  关于纯粹弦波形，正负半周期的峰值相同（+Vm = -Vm），但关于非正弦或杂乱波形，每个半周期的最大峰值或许差异很大。

  有时，沟通波形会给出峰峰值（Vp-p），即一个完好周期内最大峰值（+Vmax）和最小峰值（-Vmax）之间的电压差或总和。

  接连直流电压的均匀值一直等于其最大峰值，由于直流电压是稳定的。只有当直流电压的占空比发生显着的改动时，均匀值才会改动。关于纯粹弦波，假如核算整个周期的均匀值，由于正负半周期彼此抵消，均匀值将为零。因而，沟通波形的均匀值仅在半周期内核算或丈量，如下图所示。

  为了核算波形的均匀值，需求用数学中的中值法、梯形法或辛普森法核算波形下的面积。经过中值法可以轻松预算任何不规则波形下的近似面积。

  零基线被分红若干等份（上例中为9份，V1至V9）。制作的纵坐标线越多，终究的均匀值或均值越精确。均匀值是一切瞬时值相加后除以总数，公式如下：

  关于纯粹弦波形，均匀值一直为0.637*Vmax，这一联系相同适用于电流的均匀值。

  上述核算的均匀值（0.637*Vmax）与直流电源的值不同。这是由于直流电源是稳定的固定值，而沟通波形随时刻一直在改动，没有固定值。因而，沟通体系中为负载供给与直流等效电路相同电功率的等效值称为“有效值”。

  正弦波的有效值在负载中发生的I²R热效应与稳定直流电源相同。正弦波的有效值一般称为均方根值（RMS），核算公式为电压或电流平方的均匀值的平方根。

  关于纯粹弦波形，有效值或RMS值一直为1/√2*Vmax（即0.707*Vmax），这一联系相同适用于电流的RMS值。正弦波的RMS值一直大于均匀值（矩形波在外，此刻热效应稳定，均匀值与RMS值相同）。

  关于RMS值的最终一点阐明：大多数万用表（数字或模仿）除非还有阐明，不然仅丈量电压和电流的RMS值而非均匀值。因而，在直流体系中运用万用表时，读数为I = V/R；在沟通体系中，读数为Irms = Vrms/R。

  此外，除了均匀功率核算外，在核算RMS或峰值电压时，仅运用VRMS核算IRMS值，或运用峰值电压Vp核算峰值电流Ip值。不要混合运用它们，由于正弦波的均匀值、RMS值和峰值彻底不同，不然成果将过错。

  虽然现在很少运用，但波形因数和波峰因数可以给咱们供给关于沟通波形实践形状的信息。波形因数是均匀值与RMS值的比值，公式如下：

  关于纯粹弦波形，波形因数一直为1.11。波峰因数是RMS值与峰值的比值，公式如下：

  一个6安培的正弦沟通电流经过40Ω的电阻。核算电源的均匀电压和峰值电压。

  均匀值、RMS值、波形因数和波峰因数的核算和用处也适用于任何类型的周期性波形，包含三角波、方波、锯齿波或其他不规则或杂乱的电压/电流波形。正弦波值之间的转化有时或许令人困惑，因而下表供给了便利的转化办法。

  正弦波形转化表鄙人一个关于正弦波形的教程中，咱们将评论生成正弦沟通波形（正弦曲线）的原理及其角速度表明。