AC 파형

교류 발전기가 AC 전압을 생성할 때 전압은 시간이 지남에 따라 극성을 전환하지만 매우 특정한 방식으로 전환됩니다. 시간이 지남에 따라 그래프로 표시하면 교류 발전기의 이 교류 극성 전압에 의해 추적되는 "파동"은 사인파라고 하는 독특한 모양을 취합니다. :아래 그림

시간 경과에 따른 AC 전압 그래프(사인파)

전기 기계식 교류 발전기의 전압 플롯에서 한 극성에서 다른 극성으로의 변화는 부드러운 것으로 전압 레벨은 영점("크로스오버") 지점에서 가장 빠르게 변하고 피크에서 가장 천천히 변합니다. 0 ~ 360도의 수평 범위에 대해 "사인"의 삼각 함수를 그래프로 나타내면 아래 표와 동일한 패턴을 찾을 수 있습니다.

삼각 "사인" 함수.

각도(°) 신(각도) 웨이브 각도(°) 신(각도) 웨이브 00.0000zero1800.0000zero150.2588 195-0.2588-300.5000 + + + 210-0.5000-450.7071 225-0.7071-600.8660 240-0.8660-750.9659 + + + 255-0.9659-901.0000 peak270-1.0000-peak1050.9659 + 285-0.9659-1200.8660 +300-0.8660-1350.7071+315-0.7071-1500.5000+330-0.5000-1650.2588+345-0.2588-1800.0000zero3600.0000zero

전기 기계식 교류 발전기가 사인파 AC를 출력하는 이유는 작동 물리학 때문입니다. 회전하는 자석의 운동에 의해 고정 코일에 의해 생성된 전압은 자속이 코일에 수직으로 변하는 비율에 비례합니다(패러데이의 전자기 유도 법칙). 그 비율은 자극이 코일에 가장 가까울 때 가장 크고 자극이 코일에서 가장 멀리 떨어져 있을 때 가장 적습니다. 수학적으로 회전하는 자석으로 인한 자속 변화율은 사인 함수의 비율을 따르므로 코일에 의해 생성된 전압은 동일한 함수를 따릅니다.

기간 대 빈도

사인파 그래프의 임의의 지점에서 파형이 반복되기 시작하는 지점까지 교류기의 코일에 의해 생성된 변화하는 전압을 추적한다면 정확히 하나의 주기를 표시했을 것입니다. 그 파도의. 이것은 동일한 피크 사이의 거리를 확장하여 가장 쉽게 표시되지만 그래프의 해당 지점 사이에서 측정할 수 있습니다. 그래프의 수평 축에 있는 도 표시는 삼각 사인 함수의 영역과 회전할 때 간단한 2극 교류 발전기 샤프트의 각도 위치를 나타냅니다. 아래 그림

축 위치(시간)에 따른 교류 발전기 전압

이 그래프의 가로축은 시간의 경과와 샤프트 위치를 도 단위로 표시할 수 있기 때문에 한 주기에 대해 표시된 치수는 종종 시간 단위, 가장 자주는 초 또는 몇 분의 1초 단위로 측정됩니다. 측정값으로 표현할 때 이를 기간이라고 합니다. 파도.

도 단위의 파동 기간은 항상입니다. 360이지만 한 주기가 차지하는 시간은 전압이 앞뒤로 진동하는 비율에 따라 다릅니다.

주기보다 AC 전압 또는 전류 파동의 교번 속도를 설명하는 데 더 많이 사용되는 측정값입니다. 그 앞뒤 진동의 비율입니다. 이것을 빈도라고 합니다. . 주파수의 현대적인 단위는 1초 동안 완료된 파동 주기의 수를 나타내는 헤르츠(약칭 Hz)입니다.

미국에서 표준 전력선 주파수는 60Hz이며, 이는 AC 전압이 1초에 60번의 완전한 앞뒤 주기의 속도로 진동한다는 것을 의미합니다. 전력 시스템 주파수가 50Hz인 유럽에서는 AC 전압이 1초에 50사이클만 완료합니다.

100MHz의 주파수에서 방송하는 라디오 방송국 송신기는 1억 백만의 비율로 진동하는 AC 전압을 생성합니다. 1초마다 순환합니다.

헤르츠 단위가 정식화되기 전에는 주파수를 단순히 "초당 주기"로 표현했습니다. 구형 계량기 및 전자 장비는 종종 Hz 대신 "CPS"(초당 사이클)의 주파수 단위를 사용합니다. 많은 사람들은 CPS와 같은 자명한 단위에서 Hertz로의 변경이 명확성에서 한 단계 후퇴하는 것이라고 믿습니다.

미터법 온도 측정을 위해 "섭씨" 단위가 "섭씨" 단위를 대체했을 때도 유사한 변화가 발생했습니다. Centigrade라는 이름은 H₂의 녹는점과 끓는점을 나타내는 100개("Centi-") 눈금("-등급")을 기반으로 합니다. 오, 각각.

반면에 섭씨라는 이름은 단위의 기원이나 의미에 대한 힌트를 제공하지 않습니다.

주기와 빈도는 서로의 수학적 역수입니다. 즉, 파동의 주기가 10초인 경우 주파수는 0.1Hz 또는 초당 주기의 1/10이 됩니다.

오실로스코프 사용

오실로스코프라고 하는 기기 , 아래 그림은 시간 경과에 따른 전압 변화를 그래픽 화면에 표시하는 데 사용됩니다. ECG의 모양에 익숙할 것입니다. 또는 EKG (심전도) 기계, 의사가 시간 경과에 따른 환자 심장의 진동을 그래프로 표시하는 데 사용합니다.

ECG는 의료용으로 특별히 설계된 특수 목적의 오실로스코프입니다. 범용 오실로스코프는 거의 모든 전압 소스의 전압을 표시할 수 있으며 시간을 독립 변수로 하여 그래프로 표시합니다.

주기와 주파수 사이의 관계는 오실로스코프 화면에 AC 전압 또는 전류 파형을 표시할 때 알면 매우 유용합니다. 오실로스코프 화면의 수평축에서 파동의 주기를 측정하고 그 시간 값(초)을 왕복하여 주파수를 헤르츠 단위로 결정할 수 있습니다.

오실로스코프에 사인파의 기간이 표시됩니다.

AC의 개념은 소리와 어떤 관련이 있습니까?

전압과 전류는 시간이 지남에 따라 변하는 유일한 물리적 변수가 아닙니다. 우리의 일상적인 경험에서 훨씬 더 일반적인 것은 소리입니다. , 이는 공기 분자의 교대 압축 및 감압(압력 파동)에 지나지 않으며, 이는 우리의 귀가 물리적 감각으로 해석합니다. 교류는 파동 현상이기 때문에 소리와 같은 다른 파동 현상의 많은 특성을 공유합니다. 이러한 이유로 사운드(특히 구조화된 음악)는 AC 개념을 연결하는 데 탁월한 비유를 제공합니다.

음악적으로 주파수는 음높이와 같습니다. . 튜바나 바순과 같은 저음은 상대적으로 느린(저주파수) 공기 분자 진동으로 구성됩니다. 피리 또는 휘파람으로 생성되는 것과 같은 고음은 공기 중에서 동일한 유형의 진동으로 구성되며 훨씬 더 빠른 속도로(더 높은 주파수) 진동합니다. 아래 그림은 일반적인 음표 범위에 대한 실제 주파수를 보여주는 표입니다.

참고 음악적 지정 주파수(Hz) AA₃ 220.00A 샤프(또는 B 플랫)A ^# ₃ 또는 B ^♭ ₃ 233.08BB₃ 246.94C(중간)C₄ 261.63C 샤프(또는 D 플랫)C ^# ₄ 또는 D ^♭ ₄ 277.18DD₄ 293.66D 샤프(또는 E 플랫)D ^# ₄ 또는 E ^♭ ₄ 311.13EE₄ 329.63FF₄ 349.23F 샤프(또는 G 플랫)F ^# ₄ 또는 G ^♭ ₄ 369.99GG₄ 392.00G 샤프(또는 A 플랫)G ^# ₄ 또는 A ^♭ ₄ 412.30AA₄ 440.00A 샤프(또는 B 플랫)A ^# ₄ 또는 B ^♭ ₄ 466.16BB₄ 493.88CC₅

523.25

예리한 관찰자는 동일한 문자 지정이 있는 테이블의 모든 메모가 2:1의 빈도 비율로 관련되어 있음을 알 수 있습니다. 예를 들어, 표시된 첫 번째 주파수(문자 "A"로 지정)는 220Hz입니다. 다음으로 높은 "A" 음표의 주파수는 440Hz로 초당 음파 주기의 정확히 두 배입니다.

동일한 2:1 비율은 첫 번째 A 샤프(233.08Hz)와 다음 A 샤프(466.16Hz), 그리고 표에 있는 모든 음표 쌍에 적용됩니다.

주파수가 정확히 두 배인 두 음표는 소리가 놀라울 정도로 비슷합니다. 이러한 소리의 유사성은 음악적으로 인식되며, 이러한 음표 쌍을 분리하는 음계에서 가장 짧은 간격을 옥타브라고 합니다. . 이 규칙에 따라 다음으로 높은 "A" 음(440Hz 초과 1옥타브)은 880Hz이고 다음으로 낮은 "A"(220Hz 미만 1옥타브)는 110Hz입니다.

피아노 건반의 모습은 이 스케일을 원근감 있게 이해하는 데 도움이 됩니다. 아래 그림

음악 키보드에 한 옥타브가 표시됩니다.

보시다시피 1옥타브는 7과 같습니다. 피아노 건반의 흰색 건반만큼의 거리. 친숙한 음악 니모닉(doe-ray-mee-fah-so-lah-tee)(예, Sound of Music에서 부른 기발한 Rodgers와 Hammerstein 노래에서 불멸의 동일한 패턴이 C에서 C까지 한 옥타브를 다룹니다.

교번파의 다른 형태

전기 기계식 교류 발전기 및 기타 많은 물리적 현상은 자연적으로 사인파를 생성하지만 이것이 존재하는 유일한 종류의 교류는 아닙니다. AC의 다른 "파형"은 일반적으로 전자 회로 내에서 생성됩니다. 다음은 아래 그림에서 몇 가지 샘플 파형과 일반적인 명칭입니다.

일부 일반적인 파형(파형)

이러한 파형이 존재하는 유일한 종류의 파형은 아닙니다. 그것들은 고유한 이름이 주어질 만큼 충분히 흔한 몇 가지에 불과합니다. "순수한" 사인, 사각, 삼각형 또는 톱니 전압/전류 파형을 나타내야 하는 회로에서도 실제 결과는 종종 의도한 파형의 왜곡된 버전입니다.

일부 파형은 너무 복잡하여 특정 "유형"(다양한 종류의 악기와 관련된 파형 포함)으로 분류할 수 없습니다. 일반적으로 완벽한 사인파와 유사한 모든 파형을 사인파라고 합니다. , 비사인파로 레이블이 지정된 다른 것 .

AC 전압이나 전류의 파형은 회로에 미치는 영향에 매우 중요하므로 AC 파동이 다양한 형태로 나타난다는 사실을 알아야 합니다.

검토:

<울>

전자 기계식 교류 발전기에 의해 생성된 AC는 사인파의 그래픽 모양을 따릅니다.

한 주기 파도의 모양은 반복될 준비가 될 때까지 모양이 완전히 진화하는 것입니다.

기간 파동은 한 주기를 완료하는 데 걸리는 시간입니다.

빈도 주어진 시간 동안 웨이브가 완료하는 완전한 사이클의 수입니다. 일반적으로 헤르츠(Hz)로 측정되며 1Hz는 초당 하나의 완전한 파동 주기와 같습니다.

빈도 =1/(초 단위 기간)

관련 워크시트:

<울>

AC 파형 워크시트

기본 오실로스코프 작동 워크시트