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MC1-0932-正弦交流电压或电流的峰值(peak value)是指: (“x^m”表示“x 的 m 次方” )

MC1-0932 考的是正弦交流电峰值(peak value)的定义:从零点算起的最大瞬时值。文中把瞬时值、峰值、有效值、整流平均值四个量的来路与换算式摆在一起对照,说明为什么周期平均值乘根号二、两半周幅度取平均、差值平方三种加工都得不到峰值,并给出市电二百二十伏对应峰值约三百一十一伏这一常用数量级。

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【题目编号】MC1-0932

【题目】正弦交流电压或电流的峰值(peak value)是指: (“x^m”表示“x 的 m 次方” )

【答案】A

[A]从零点算起的最大值

[B]一个周期内瞬时值的平均值乘以 2^(1/2)

[C]负半周最大幅度与正半周最大幅度的平均值

[D]负半周最大幅度与正半周最大幅度的差值的二次方

考点速览

正弦交流电有峰值、有效值、平均值几个特征量,彼此很容易混。这道题只考峰值(peak value)的定义:从零点算起的最大瞬时值。交流电压或电流在正半周和负半周各有一个幅度最大的瞬间,两个方向的幅度大小相等、符号相反;说到峰值,指的就是这个从零线量起的最大幅度。

瞬时值、峰值与有效值

正弦量的一般表达式,是峰值乘以括号内角频率乘时间再加初相的正弦。峰值决定这条曲线的"高度",是波形振幅的度量;瞬时值则随时间连续变化,任何一个时刻都对应一个具体数值。工程上更常用的是有效值(RMS,均方根值),它的定义是:让交流电与某一直流电分别通过相同电阻,在相同时间内产生相等的热量,这个直流电的数值就是该交流电的有效值。

两者之间的换算只对正弦波成立:有效值等于峰值除以根号二,约等于峰值的零点七零七倍;反过来峰值等于有效值乘以根号二,约等于一点四一四倍。家用市电标称二百二十伏说的是有效值,它的峰值约三百一十一伏,正负峰之间的峰峰值约六百二十二伏。选择元件耐压、考虑绝缘距离时必须按峰值来算,按有效值算会留不够余量。

平均值为什么会误导

选项里那个"乘根号二"的说法,在两层意义上都站不住。正弦波在一个完整周期内,正半周与负半周的面积互相抵消,瞬时值的代数平均值恰好为零,零乘以根号二仍然是零。若换成整流平均值,也就是把负半周翻正之后再求平均,结果约等于峰值的零点六三七倍,乘以根号二只有约零点九倍峰值,同样回不到峰值。平均值与峰值是两个各自独立的定义,其间并不存在题目所说的那种换算关系;根号二只出现在峰值与有效值之间。

逐项辨析

选项 A 说的是从零点算起的最大值,这正是峰值的定义,无论波形是否上下对称都成立,是唯一正确的表述。

选项 B 用周期平均值乘根号二来定义峰值。代数平均值为零,整流平均值乘根号二也不等于峰值,它借用了有效值换算式里的根号二,却用错了对象。

选项 C 取负半周最大幅度与正半周最大幅度的平均值。对标准正弦波,若把两个半周的最大幅度都按大小理解,两者的平均值在数值上确实等于峰值,可那只是算出来的巧合,不是定义;若按带符号的瞬时值理解,平均值又是零。换到上下不对称的波形上,这个算法立刻失效,所以它不能当定义用。

选项 D 取两个半周最大幅度之差的二次方。两个方向的最大幅度之差的绝对值为峰值两倍,再平方得到峰值四倍的平方,量纲变成电压的平方,成了与能量相关的量,而峰值必须具备电压量纲。这一项从量纲上就不成立。

峰值在工程上的用处

峰值不只是纸面上的定义。挑选电容、变容二极管和功放输出级的耐压时,看的是峰值而不是有效值。市电二百二十伏接上整流滤波电路,空载时滤波电容两端会充到接近峰值的三百一十一伏,按有效值去估耐压就会留不够余量。调幅波的包络峰值决定发射机末级是否过载,语音信号里峰值功率与平均功率相差常在十倍以上,这也是发射机标称功率习惯用峰值包络功率来衡量的原因。示波器上读出的通常是峰峰值,除以二才得到峰值,这一步换算在调试发射机时常被忘掉。

应试要点

主线只有一条:峰值是从零线量起的最大的那个瞬时值,单位与有效值相同,都是伏特或安培。正弦波换算式也只有两条:峰值等于有效值乘一点四一四,有效值等于峰值乘零点七零七。题目里一旦出现"取平均""乘根号二""平方"这类额外加工步骤,基本可以直接排除,峰值的定义不需要任何加工。

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