Раздел II измерение напряжения

1. Интегральные энергетические параметры периодического сигнала

Мгновенное значение сигнала U(t) – значение сигнала в заданный момент времени.

Мгновенные значения сигнала (рис. 2.1) можно наблюдать на экране осциллографа или другого прибора, предназначенного для наблюдения формы сигналов в реальном масштабе времени.

a)	б)

Рис. 2.1. Основные характеристики

симметричного (а) и несимметричного (б) периодических сигналов

Максимальное значение сигнала U_max – наибольшее мгновенное значение сигнала на протяжении заданного интервала времени (как правило, за период).

Минимальное значение сигнала U_min – наименьшее мгновенное значение сигнала на протяжении заданного интервала времени (как правило, за период). Как минимальное, так и максимальное значение сигнала может быть и положительным, и отрицательным. В приведенных примерах, как видно из рисунков, максимальное значение напряжения положительное в обоих случаях, а минимальное в обоих случаях отрицательное.

Постоянная составляющая сигнала U₀ – среднее за период значение сигнала:

. (2.1)

С геометрической точки зрения это как бы значение напряжения некоторого постоянного тока, создающего с осью времени прямоугольник, площадь которого равна суммарной площади, ограниченной реальной кривой сигнала и осью времени за один и тот же период Т; суммирование производится с учетом знака (ниже оси площадь отрицательна). Нетрудно видеть, что для симметричных сигналов (например, синусоидальных).

Переменная составляющая сигнала U_~ – разность между мгновенным значением сигнала и его постоянной составляющей, то есть

U_~(t) = U(t) – U₀. (2.2)

Пиковое отклонение «вверх» () − наибольшее мгновенное значение переменной составляющей сигнала на протяжении заданного интервала времени.

Пиковое отклонение «вниз» () − наименьшее мгновенное значение переменной составляющей сигнала на протяжении заданного интервала времени, взятое по модулю.

Для симметричных относительно оси времени сигналов используют термин амплитуда

(2.3)

Для несимметричных сигналов термин «амплитуда» неприменим.

Размах сигнала U_р – разность между максимальным и минимальным значениями сигнала на протяжении заданного интервала времени:

(2.4)

Средневыпрямленное значение сигнала U_св – среднее значение модуля сигнала |U(t)|

(2.5)

Геометрически средневыпрямленное значение сигнала – это сумма площадей, ограниченная кривой над и под осью времени за период. При этом подразумевается, что операция нахождения U_св осуществляется с помощью двухполупериодного выпрямителя. При однополярном измеряемом напряжении U_св = U₀. При разнополярном U_св  U₀.

Среднее квадратическое значение сигнала U – корень квадратный из среднего значения квадрата сигнала:

(2.6)

Для синусоидального сигнала это как бы значение некоторого эквивалентного напряжения постоянного тока, который выделяет на нагрузке такую же мощность, как и переменный ток на той же нагрузке.

Среднее квадратическое значение − основное значение для сигналов переменного тока, так как оно определяет мощность сигнала, а в конечном итоге именно мощностью оценивается эффективность сигнала. Поэтому, если говорится о значении напряжения сигнала, и не делается дополнительных оговорок, то имеется в виду среднее квадратическое значение.

Связь между рассмотренными характеристиками определяется коэффициентами формы (K_ф) и амплитуды (K_а):

коэффициент формы

(2.7)

коэффициент амплитуды

(2.8)

Значения K_ф и K_а для наиболее распространенных видов периодических сигналов приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1