非常见问题:RMS功率与平均功率
编者按:针对问题“是否应该使用均方根(rms)功率单位来详细说明或描述我的信号、系统或器件相关的交流功率?作者认为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。
1 引言
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注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 ~–1.414 V。注2图2所示为1 V rms正弦电压施加于1 Ω电阻(P =V 2 /R)时的消耗功率曲线图,其中显示:
该瞬时功率曲线的偏移为1 W,摆幅为0~2 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注3:
可以在MATLAB®或Excel中使用更详细的公式注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。
图1 V rms正弦曲线图
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
● 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。
注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
注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。这是大家熟知的关系式,许多教科书中都有提供,在以下站点中也可以找到:
en.wikipedia.org/wiki/Root_mean_square。
注3: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。这是大家熟知的关系式,许多教科书中都有提供,在以下站点中也可以找到:“使用数字万用表实现更准确的AC RMS测量”。
注4:标准教科书中提供的是以下这种更详细的公式。
作者简介:Doug Ito,应用工程师,拥有州立圣迭戈大学电气工程学士学位,是ADI公司技术支持论坛EngineerZone®高速ADC支持社区的成员。
(本文来源于必威娱乐平台
杂志2020年8月期)
加入微信
获取电子行业最新资讯
搜索微信公众号:EEPW
或用微信扫描左侧二维码