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正弦波的有效值、峰峰值及平均值之间的关系及数学推导

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出0入0汤圆

发表于 2013-10-19 13:30:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 1109 于 2013-10-19 13:44 编辑

     说来惭愧,搞了2年多开关电源竟然一直都没有搞清楚正弦波的有效值(RMS),峰峰值(Peak-Peak)及平均值(Avg)之间的关系,只知道:有效值=最大值/√2.....................
     昨天上午正在看一份資料,里面写道“有效值=最大值/√2”,当时也不知道发什么神经想去自己推算一下这个关系式,结果悲剧了。发现自己整整上午都没有推出来。到下午上班的时候就放狗去搜,结果搜到的资料里面没有一份有计算步骤的!我很生气了,于是扩大搜索范围,到樯外面去逛了一圈,很幸运的找到了一份不错的资料,不敢独享,遂转过来分享给坛子里面可爱的兄弟们,顺便感谢一下美利坚国际友人!
PS:本人英语也是个大菜鸟,所以就不能帮各位翻译了,如果有不认识的请找词霸帮忙!

原帖转自:http://www.rfcafe.com/references/electrical/sinewave-voltage-conversion.htm

     A sinewave is defined by the trigonometric sine function. When plotted as voltage (V) as a function of phase (θ), it looks similar to the figure to the right. The waveform repeats every 2p radians (360°), and is symmetrical about the voltage axis (when no DC offset is present). Voltage and current exhibiting cyclic behavior is referred to as alternating; i.e., alternating current (AC). One full cycle is shown here. The basic equation for a sinewave is as follows:

    There are a number of ways in which the amplitude of a sinewave is referenced, usually as peak voltage (Vpk or Vp), peak-to-peak voltage (Vpp or Vp-p or Vpkpk or Vpk-pk), average voltage (Vav or Vavg), and root-mean-square voltage (Vrms). Peak voltage and peak-to-peak voltage are apparent by looking at the above plot. Root-mean-square and average voltage are not so apparent.

Root-Mean-Square Voltage (Vrms):

As the name implies, Vrms is calculated by taking the square root of the mean average of the square of the voltage in an appropriately chosen interval. In the case of symmetrical waveforms like the sinewave, a quarter cycle faithfully represents all four quarter cycles of the waveform. Therefore, it is acceptable to choose the first quarter cycle, which goes from 0 radians (0°) through p/2 radians (90°).

Vrms is the value indicated by the vast majority of AC voltmeters. It is the value that, when applied across a resistance, produces that same amount of heat that a direct current (DC) voltage of the same magnitude would produce. For example, 1 V applied across a 1 Ω resistor produces 1 W of heat. A 1 Vrms sinewave applied across a 1 Ω resistor also produces 1 W of heat. That 1 Vrms sinewave has a peak voltage of √2 V (≈1.414 V), and a peak-to-peak voltage of 2√2 V  (≈2.828 V).

Since finding a full derivation of the formulas for root-mean-square (Vrms) voltage is difficult, it is done here for you.



So,


Average Voltage (Vavg):
As the name implies, Vavg is calculated by taking the average of the voltage in an appropriately chosen interval. In the case of symmetrical waveforms like the sinewave, a quarter cycle faithfully represents all four quarter cycles of the waveform. Therefore, it is acceptable to choose the first quarter cycle, which goes from 0 radians (0°) through p/2 radians (90°).


So,
As with the Vrms formula, a full derivation for the Vavg formula is given here as well.

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出0入0汤圆

发表于 2013-10-19 13:34:44 | 显示全部楼层
过程详细,受教!

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-10-19 13:36:00 | 显示全部楼层
话说我上个星期五为了求它们之间的关系搞了一天的微积分,发现自己弱爆了!资料不是很清楚,希望高手们提供更详细的资料!

出0入8汤圆

发表于 2013-10-19 13:37:55 | 显示全部楼层
之前我也找过,不过没找到,好资料!

出0入0汤圆

发表于 2013-10-19 13:41:12 | 显示全部楼层
楼主是不是写错了,有效值=最大值/√2 啊!
电工学或者电路的教材里面都有吧。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-10-19 13:43:34 | 显示全部楼层
youngspirit 发表于 2013-10-19 13:41
楼主是不是写错了,有效值=最大值/√2 啊!
电工学或者电路的教材里面都有吧。 ...

嗯,是写错了,我这就改过来。

出0入0汤圆

发表于 2013-10-19 14:08:35 | 显示全部楼层
嗯,周期内简单地数学积分!

出95入100汤圆

发表于 2013-10-19 15:51:16 | 显示全部楼层
用mathcad做这个很快的

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-10-19 16:04:42 | 显示全部楼层
lhj200304 发表于 2013-10-19 15:51
用mathcad做这个很快的

知其然,并知其所以然

出0入0汤圆

发表于 2013-10-19 21:15:56 来自手机 | 显示全部楼层
哎,这个《电路》书上有的,邱关源5版,206-207页,楼主可以再算个带直流偏置的和半波整流的

出0入0汤圆

发表于 2013-10-19 22:12:53 | 显示全部楼层
学过《电路》课程的人都知道这个的。

出0入0汤圆

发表于 2013-10-19 22:43:33 | 显示全部楼层
这个是高中物理里面学的吧

出0入0汤圆

发表于 2013-10-19 23:12:44 | 显示全部楼层
这个,好像电路分析教材里推导的很详细

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-10-19 23:32:29 | 显示全部楼层
回楼上的兄弟们,邱关源《电路》里面我觉得的介绍有些浅显,我数学比较差,还是喜欢那种讲的很详细的教材。

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出0入0汤圆

发表于 2013-10-19 23:54:48 | 显示全部楼层
现在的教材都这样,为的是压缩篇幅,浓缩知识点。细节则留给老师讲课时发挥了。要自学需要找到好的参考书配合教材。

出35入0汤圆

发表于 2013-10-19 23:59:17 | 显示全部楼层
你不会想说 没人教你 圆的面积, Pi * R^2 这种事情也是美帝教的吧?

出0入0汤圆

发表于 2013-10-20 00:12:15 来自手机 | 显示全部楼层
已经写的很细啦,三角函数积分部分在高数书上.......

出0入0汤圆

发表于 2013-10-20 00:13:24 来自手机 | 显示全部楼层
另外,如何去墙外,这个求指导......

出0入0汤圆

发表于 2013-10-20 01:03:00 来自手机 | 显示全部楼层
确实不错?

出0入0汤圆

发表于 2013-10-20 01:18:07 | 显示全部楼层
平均值还是好理解的。
就是算半周期内的面积/底=高。
算面积要积分,底就是pi,高就是平均值。

出0入0汤圆

发表于 2013-10-20 08:48:39 来自手机 | 显示全部楼层
发热,积分。这是积分。按照定义来就行。
要是积分忘了,直接工具。

出0入0汤圆

发表于 2013-10-20 09:02:30 | 显示全部楼层
关键是搞明白有效值和平均值的定义,再往上,就是功率的计算。
这些基本东西的搞清楚了,用简单的微积分就可以推导出来,番墙是没有必要的。

出0入0汤圆

发表于 2013-10-21 15:11:01 | 显示全部楼层
mark              

出0入0汤圆

发表于 2013-10-21 15:44:39 | 显示全部楼层
俺上学时就没学明白。

出0入0汤圆

发表于 2013-10-21 21:33:38 | 显示全部楼层
受教啦啦啦啦啦了

出0入0汤圆

发表于 2013-10-22 04:21:50 来自手机 | 显示全部楼层
这么基础的微积分加物理概念,不会是很不应该的。

出0入0汤圆

发表于 2014-10-30 15:34:39 | 显示全部楼层
我微积分不及格,现在更忘光了。

出0入0汤圆

发表于 2015-4-5 20:25:45 | 显示全部楼层
平均值那部分讲错了吧,对于正弦波的平均值应该是零,他计算的应该是整流的全波的平均值才是对的吧?

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2015-4-5 20:43:33 | 显示全部楼层
PCBBOY1991 发表于 2015-4-5 20:25
平均值那部分讲错了吧,对于正弦波的平均值应该是零,他计算的应该是整流的全波的平均值才是对的吧? ...

是的,你真细心。

出0入0汤圆

发表于 2015-4-5 20:44:57 | 显示全部楼层
有效值按发热计算
平均值可以看成时域积分

出0入0汤圆

发表于 2015-4-5 22:01:48 | 显示全部楼层
受教了,终于知道Vrms了

出0入0汤圆

发表于 2015-4-6 09:48:49 | 显示全部楼层
我记得当时高中物理老师讲到那一节的时候特别为我们推导了一下,他利用了一个正弦交流信号流过一个单位阻值的电阻和一个直流信号流过一个单位阻值的电阻,产生的热是相等的,求出这个正弦交流信号的等效直流电流,即电流的有效值。数学上是通过积分来求得的。
赞一下当时的物理老师~
也要赞一下具有分享精神,努力探求的lz~~~~

出0入0汤圆

发表于 2016-2-26 07:36:09 来自手机 | 显示全部楼层
PCBBOY1991 发表于 2015-4-5 20:25
平均值那部分讲错了吧,对于正弦波的平均值应该是零,他计算的应该是整流的全波的平均值才是对的吧? ...

正弦的平均值不是0,计算办周期的值。

出0入4汤圆

发表于 2016-2-26 08:53:02 | 显示全部楼层
看图上的标注就明白了很多

出0入0汤圆

发表于 2016-2-26 09:55:34 | 显示全部楼层
数学都忘了,现在发现数学的用处还真是越来越大.想重新捡起来学学

出0入0汤圆

发表于 2016-2-26 09:59:16 | 显示全部楼层
话说我现在一直搞不懂交流电怎么算
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