功率與電壓:比較分析和事實

本文將詳細討論功率與電壓的關係,例如功率與電壓的關係、無功功率、電機功率、功率因數等。

功率與電壓比較:

充電電壓
功率是相對於時間吸收或提供能量的速率。 電壓是兩點之間的電位降。
功率的數學定義是電路瞬時電壓和瞬時電流的乘積或乘積。 電壓的數學定義(如歐姆定律)是電路的路徑或分支的電阻和電流的乘積或乘積。
P=VI V =紅外

功率等於電壓嗎?

電壓是兩點之間的電位降,而功率是相對於時間吸收或提供能量的速率。

任何電路的瞬時(或即時)功率可以描述為瞬時(或即時)電流(i)和瞬時(或即時)電壓(v)的乘積。 功率的測量單位(或分量)是瓦特。 電壓是電動勢,其測量單位是伏特。

它與電壓和功率的關係是什麼?

功率是相對於時間吸收和提供能量的速率,其計量單位是瓦特。

為了定義功率和電壓之間的關係,從物理學上我們知道

p = dw/dt

 其中 p 是以瓦特為單位的功率,w 是以焦耳為單位的能量,t 是以秒為單位的時間。

p = dw/dt = vi

所以p=vi

這裡 p 是瞬時功率,一個變化的時間量,v 是瞬時電壓,i 是瞬時電流。

電流和電壓極性的方向決定了功率的符號。 當功率處於正號時,則表示元素正在傳遞功率。 如果功率為負號,則功率由任何元素提供。

文件:RMS電壓平均功率.svg
圖片來源: 歐米茄RMS電壓平均功率CC BY-SA 4.0

根據被動符號約定,電流通過電壓源的正極性進入; 當功率為正時,表示吸收功率,如果功率為負,則表示該元件正在釋放或提供功率。

功率限制與核心電壓

術語核心電壓和功率限制是微處理器的定義術語。

功率極限 是系統可以產生或消耗的最大功率。 在某些情況下,當功耗超過處理器的特定功率限制時,即處理器會自動降低核心頻率以將功率降至所需範圍內。

在同一時間, 核心電壓 是為微處理器的處理器內核專門定義的電壓供應電壓。 每個微處理器都有一個特定的內核電壓範圍,表明內核電壓的範圍可以隨製造商或微處理器類型而變化,這意味著製造商可以將處理器配置為使用定義的內核電壓範圍內的任何電壓。

功率因數控制與電壓控制

可以通過控制電路中的生產吸收和無功功率來控制電壓水平。

控制電壓搜索的不同設備或方法作為無功功率的源或匯,例如

  • 分流 電容 同步調壓器。
  • 並聯電抗器。
  • 靜態無功補償器。 
  • 線路電抗補償器,例如串聯電容器。 
  • 感應調節器。
  • 分接變換變壓器。

功率因數控制 可用於增加負載的功率因數,提高配電系統的效率。 對於功率因數控制,可以使用電感、電容、整流器等。

有用於功率因數控制的特定設備。 那些是:

  • 靜電電容,
  • 同步冷凝器,
  • 相位推進器。

功率損耗與電壓降

電壓降是電路中電勢的下降或降低,而功率損耗是電能的浪費。

電壓下降 在電路中通常是由流過導體的電流的電阻引起的,或者導線是具有一定電阻的任何長度或尺寸的導線。 而流過導線的電流會引起電壓降,隨著導線長度的增加,電阻增加,導致電路中出現相當大的電壓降。 同時,電路中的任何故障或由於整個電路的低效率都可能導致功率損失。 功率損耗通常是由短路、級聯故障、保險絲、噪聲、不需要的功率耗散等引起的。

整個電路的電壓降可以通過整個電路的阻抗值來確定。 同時,電路中的功率損耗可以通過電路輸入和輸出功率的差異來確定。

隨著電壓的增加,通過電路的所有電流都會增加,這可能會導致電路的任何組件或電線上出現更多的功率損耗。

功率與電壓
圖片來源: “高壓” by 艾麗弗洛里奧 根據許可 CC BY-SA 2.0

功率 DB 與電壓 DB

電壓或功率增益,或任何電子增益都可以在 db 中定義。

以 DB 表示的電壓增益(表示分貝)可以定義為以分貝為單位的輸出電壓電平(或輸入電勢電平)與以分貝為單位的輸入電壓電平(或輸出電勢電平)之間的差異。 

該值也等於輸出電壓Vout與輸入電壓Vin之比的標準對數的20倍。

db= 20 log10 伏/維

其中 Vo 是輸出電壓,vi 是輸入電壓

DB中的功率增益可以描述為電路輸出中產生的功率(以分貝為單位)與電路輸入功率(以分貝為單位)之間的差異。

功率增益的值等於電路輸出產生的功率與電路輸入功率之比的常用對數的 10 倍。

db= 10 log10 寶/皮

其中 Po 是電路輸出端產生的功率。

Pi 是電路的輸入功率。

功率增益與電壓增益

有時,功率增益在輸入功率和輸出功率方面並不清楚。

功率增益 電路的功率可以描述為產生的輸出功率與施加到電路的輸入功率之比。 這 電壓增益 可以定義為電路中產生的輸出電壓與施加在電路上的輸入電壓之比。

功率放大器與電壓放大器

放大器是一種用於增加或提升信號整體功率的設備。

A 電壓放大器 用於提昇放大器輸出端的電壓電平(或電位電平)。 它也被稱為小信號放大器。 該放大器中使用的耦合是 RC 耦合。 雖然功率放大器用於提高放大器輸出的功率電平,但該放大器也被認為是大信號放大器。 該放大器中使用的耦合是變壓器耦合。

的輸入信號的幅度 功率放大器 比電壓放大器的輸入信號更廣泛。 任何功率放大器的Beta值都遠高於電壓放大器。 功率放大器的散熱量高於電壓放大器。 電壓放大器的負載阻抗相對高於功率放大器。

功率調節器與電壓調節器

電源調節器是一種保護設備免受電湧或尖峰影響的設備。

A 功率調節器 主要用於改善即將輸送到負載設備的電能質量。 通常,功率調節器還提供電磁干擾 (EMI) 和射頻干擾 (RFI) 濾波。

文件:反饋運算放大器電壓放大器.png
圖片來源: 釀啤酒反饋運算放大器電壓放大器CC0 1.0

電壓調節器 是用於將電壓保持在恆定值或預定義範圍內的設備。 較低的電壓或過電壓會影響電子設備的性能或健康。

在某些情況下,功率調節器可以設計有電壓調節器以及其他電路,這些電路執行至少一項其他功能以提高電能質量,例如噪聲分離、功率因數校正、瞬態脈衝保護等。

圖片來源: 納尼特人電壓調節器折返CC0 1.0

動態功率與電壓

CMOS 電路的總功耗是動態和靜態或洩漏功耗的總和。

動態功率是指當 CMOS 電路將其邏輯狀態從一種邏輯更改為另一種邏輯時 CMOS 電路總功耗的分量。 動態功率是電源電壓開關頻率和晶體管輸出負載的函數。

與電源電壓相關的動態功耗可以定義為 

P = CV2

其中 V 是電源電壓,f 是開關頻率。

並且電源電壓降低,動態功率也降低。

電功率與電壓

電力可以定義為每單位時間消耗或產生的能量。 功率的測量成分是瓦特。

電力 電路的能量可以描述為電壓(或電勢能)和通過電路的電流的乘積。 可以使用功率計測量通過電路的功率。

電壓 可以描述為兩點之間的潛在下降。 電壓的測量單位是伏特。 電壓可以定義為電壓和電荷的乘積。 電路的電壓可以用電壓表來測量。

洩漏功率與電壓

洩漏功率是施加電壓閾值電壓和晶體管尺寸的函數。 可以通過降低工作電壓來降低洩漏功率。

在 CMOS 洩漏功率,當晶體管處於亞閾值區域時消耗的功率,這意味著CMOS晶體管中的亞閾值電流(晶體管亞閾值期間源極和漏極之間的電流)和反向偏置二極管的功耗稱為洩漏功率。 洩漏功率可以取決於的變化 晶體管 閾值電壓。 洩漏功率是晶體管不工作時閾值通道中不需要的洩漏電流的結果。

電機功率與電壓

電動機是一種將電能形式轉換或轉換成機械形式能量的機器。

電動機的功率可以定義為每單位時間產生能量的守恆率的乘積。

功率與電壓的關係可以定義為電機功率恆定時瞬時電壓與瞬時電流的乘積等於瞬時功率。 儘管如此,當電壓降低時,電機上的電流會增加,而當電壓增加時,電機消耗的電流或電機產生的熱量會減少。 儘管如此,高壓仍會使電機的磁性元件飽和。

E-Twow 電動機
圖片來源: “E-Twow 電動機” by 卡斯帕丹比斯 根據許可 CC BY 2.0

當電壓和電流之間存在相位差時,電機的功率定義為功率因數與電流和電壓的乘積。

只要電機從電源中汲取足夠的電流,就會產生相同的功率,不同的電壓值意味著電壓越高,並不意味著電機會產生更多的功率。

射頻功率與電壓

RF 功率代表射頻功率。 射頻是任何電場、磁場或電磁場的交流電流或電壓的高振盪率。

射頻 (RF) 功率放大器是一種在高功率射頻信號中變換或修改低功率射頻信號的放大器。 

通常,在發射機的天線中使用射頻功率放大器。 射頻(或 RF)功率或 RF 功率在一般意義上以 dBm (dBm 是無線電和微波電子設備中使用的功率的對數單位)和用於確定阻抗的電壓來描述。

在電子產品中,功率以 mW 為單位測量,並且可以藉助兩端的電壓降來定義 阻抗 射頻電路兩端的射頻電路功率可以定義為

P = VxV/z

其中P是功率,V是電壓,Z是阻抗。

無功功率與電壓

通過 權力三角,可以定義視在功率、有功功率和無功功率之間的關係。

讓我們定義無功功率和電壓之間的關係。 在單相 交流電路 負載阻抗為 Z,則瞬時電流和電壓可以定義為

我——罪惡

其中我 = V/Z

現在傳遞給負載的瞬時功率可以定義為

p = iv = 2VIsinωtsin(ωt-θ)

上式中,電流I sin theta的正交分量是頻率為2ω主振盪功率為零平均值的分量。 該功率分量稱為無功功率。

無功功率 也可以定義為源和負載的無功部分之間能量交換的量度。

無功功率在源和負載之間來回傳輸,代表源和負載之間的無損交換; 阻性負載的無功功率為零,而容性負載的無功功率小於零,感性負載的無功功率大於零。

無功功率用Q表示,無功功率的單位是伏安無功。

一般來說, 電壓隨著無功功率的增加而增加,而電壓隨著無功功率的減小而減小, 其中一次電壓與無功功率成正比,w當無功功率恆定時,電壓下降導致電流增加以維持供電,這會導致任何系統消耗更多的無功功率,從而導致電壓進一步下降。

在交流電路中,通過保持無功功率的產生和吸收來控制電壓。

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