電力対電圧:比較分析と事実

この記事では、電力と電圧、無効電力、モーター電力、力率などの関係など、電力と電圧について詳しく説明します。

電力と電圧の比較:

Power電圧
電力は、時間に対して吸収または供給されるエネルギーの割合です。 電圧は、XNUMX点間の電位降下です。
電力の数学的定義は、回路の瞬時電圧と瞬時電流の乗算または積です。 電圧の数学的定義(オームの法則として)は、回路のパスまたは分岐の抵抗と電流の積または乗算です。
P = VI V = IR

電力は電圧と等しいですか?

電圧はXNUMX点間の電位降下であり、電力は時間に対する吸収または供給されるエネルギーの割合です。

任意の回路の瞬時(または即時)電力は、瞬時(または即時)電流(i)と瞬時(または即時)電圧(v)の積として説明できます。 電力の測定単位(またはコンポーネント)はワットです。 電圧は起電力であり、その測定単位はボルトです。

電圧および電力との関係は何ですか?

電力は、時間に対するエネルギーの吸収と供給の速度であり、その測定単位はワットです。

物理学から、電力と電圧の関係を定義するために、私たちは次のことを知っています

p = dw/dt

 ここで、pはワット単位の電力、wはジュール単位のエネルギー、tは秒単位の時間です。

p = dw/dt = vi

したがって、p = vi

ここで、pは瞬時電力、変化する時間量、vは瞬時電圧、iは瞬時電流です。

電流の方向と電圧の極性によって、電力の符号が決まります。 電力が正の符号の場合、電力は要素によって監視されて供給されています。 電力が負の符号の場合、電力は任意の要素から供給されます。

ファイル:RMS電圧平均power.svg
画像のクレジット: オメガトロンRMS電圧平均電力CC BY-SA 4.0

受動符号の規則によれば、電流は電圧源の正極性から入ります。 電力が正の場合は吸収電力を意味し、電力が負の場合は要素が電力を解放または供給していることを意味します。

電力制限とコア電圧

コア電圧と電力制限という用語は、マイクロプロセッサに対して定義された用語です。

電力制限 は、システムによって生成または消費できる電力の最大の大きさです。 場合によっては、消費電力がプロセッサの特定の電力制限を超えると、つまり、プロセッサが必要な範囲の電力を最小限に抑えるためにコア周波数を自動的に下げる場合があります。

同時に、 コア電圧 マイクロプロセッサのプロセッサコアへの電圧特別に定義された電圧供給です。 各マイクロプロセッサには特定の範囲のコア電圧があり、コア電圧の範囲はマイクロプロセッサの製造元またはタイプによって異なる可能性があることを示しています。つまり、製造元は、定義されたコア電圧の範囲内の任意の電圧を使用するようにプロセッサを構成できます。

力率制御と電圧制御

電圧レベルは、回路内の生産吸収と無効電力の流れを制御することによって制御できます。

無効電力のソースまたはシンクとしての電圧検索を制御するさまざまなデバイスまたは方法

力率制御 力率負荷を増加させ、配電システムの効率を向上させるために使用できます。 力率制御には、インダクタ、コンデンサ、整流器などを使用できます。

力率制御に使用される特定の機器があります。 それらは:

  • 静的コンデンサ、
  • 同期コンデンサー、
  • フェーズアドバンス。

電力損失と電圧降下

電圧降下は回路内の電位の低下または低下ですが、電力損失は電気エネルギーの浪費です。

電圧降下 回路内では、一般に、導体を流れる電流の抵抗によって引き起こされます。または、ワイヤは、ある程度の抵抗を持つ任意の長さまたはサイズのワイヤです。 また、ワイヤに流れる電流により、ワイヤの長さが長くなると電圧降下が発生し、抵抗が増加して、回路にかなりの電圧降下が発生します。 同時に、電力損失は、回路の障害または回路全体の低効率が原因で発生する可能性があります。 電力損失は通常、短絡、カスケード障害、ヒューズ、ノイズ、不要な電力損失などによって引き起こされます。

回路全体の電圧降下は、回路全体のインピーダンスの値によって決定できます。 同時に、回路の電力損失は、回路の入力電力と出力電力の差によって決定できます。

電圧が上昇すると、回路を流れるすべての電流が増加し、回路のコンポーネントまたはワイヤ全体でより多くの電力損失が発生する可能性があります。

電力対電圧
画像のクレジット: "高電圧" by エルフロリオ 下でライセンスされています CC BY-SA 2.0

電力DB対電圧DB

電圧またはパワーゲイン、または電子機器のゲインは、dbで定義できます。

DB(デシベルを意味する)による電圧利得は、デシベル単位の入力電圧レベル(または出力電位レベル)におけるデシベル単位の出力電圧レベル(または入力電位レベル)の差として定義できます。 

この値は、出力電圧 Vout と入力電圧 Vin の比の標準対数の 20 倍にも等しくなります。

デシベル = 20 log10 Vo/Vi

ここで、Vo は出力電圧、vi は入力電圧です。

DBのパワーゲインは、回路の出力で生成された電力(デシベル)と回路への入力電力(デシベル)の差として説明できます。

パワーゲインの値は、回路の出力で生成された電力と回路への入力電力の比率の常用対数の10倍に等しくなります。

デシベル = 10 log10 Po/Pi

ここで、Po は回路の出力で生成される電力です。

Pi は回路への入力電力です。

パワーゲイン対電圧ゲイン

パワーゲインは、入力電力と出力電力の観点から明確にできない場合があります。

世界 パワーゲイン 回路の出力は、回路に適用される入力電力に対する生成された出力電力の比率として説明できます。 The 電圧利得 回路に印加される入力電圧に対する回路で生成される出力電圧の比率として定義できます。

パワーアンプ対電圧アンプ

増幅器は、信号の全体的な電力を増加または増強するために使用されるデバイスです。

A 電圧増幅器 アンプの出力の電圧レベル(または電位レベル)を上げるために使用されます。 小信号増幅器の名前でも呼ばれています。 このアンプで使用されているカップリングはRCカップリングです。 パワーアンプはアンプの出力でパワーレベルを上げるために使用されますが、このアンプは大信号アンプとしても認識されています。 このアンプで使用されているカップリングはトランスカップリングです。

の入力信号の大きさ パワーアンプ 電圧増幅器の入力信号よりも比較的広範囲です。 パワーアンプのベータ値は、電圧アンプのベータ値よりもはるかに高くなります。 パワーアンプの熱放散は、電圧アンプの熱放散よりも高くなります。 負荷インピーダンスは、パワーアンプよりも電圧アンプの方が比較的高くなります。

パワーコンディショナー対電圧レギュレーター

パワーコンディショナーは、電力サージやスパイクからデバイスを保護するデバイスです。

A パワーコンディショナー 主に、負荷機器に供給されようとしている電力の品質を向上させるために使用されます。 一般的に、パワーコンディショナーは、電磁干渉(EMI)および無線周波数干渉(RFI)フィルタリングも備えています。

ファイル:フィードバックオペアンプ電圧アンプ.png
画像のクレジット: ブリューオヘアフィードバックオペアンプ電圧増幅器CC0 1.0

世界 電圧レギュレータ は、電圧を一定値または事前定義された範囲内に維持するために使用されるデバイスです。 低電圧または過電圧は、電子機器の性能または健全性に影響を与える可能性があります。

場合によっては、パワーコンディショナーは、ノイズ分離、力率補正、過渡インパルス保護など、電力品質を向上させるために少なくともXNUMXつの他の機能を実行する他の回路とともに電圧レギュレーターを使用して設計できます。

画像のクレジット: ナナイト電圧レギュレータのフォールドバックCC0 1.0

動的電力対電圧

CMOS回路の総消費電力は、動的および静的またはリーク電力損失の合計です。

動的電力は、CMOS回路が論理状態をある論理から別の論理に変更するときのCMOS回路の総消費電力の成分を指します。 動的電力は、電源電圧のスイッチング周波数とトランジスタの出力負荷の関数です。

供給電圧の関係における動的消費電力は、次のように定義できます。 

P = CV2

ここで、Vは供給電圧、fはスイッチング周波数です。

また、供給電圧が低下し、動的電力も低下します。

電力対電圧

電力は、単位時間あたりに消費または生成されるエネルギーとして定義できます。 電力の測定要素はワットです。

世界 電力 回路の電圧は、回路を流れる電圧(または電位エネルギー)と電流の積として説明できます。 回路を通る電力は、電力計を使用して測定できます。

電圧 XNUMX点間の電位降下として説明できます。 電圧の測定単位はボルトです。 電圧は、ボルトと電荷の積として定義できます。 回路の電圧は、電圧計で測定できます。

漏れ電力対電圧

漏れ電力は、印加電圧のしきい値電圧とトランジスタのサイズの関数です。 動作電圧を下げることにより、漏れ電力を減らすことができます。

CMOSの場合 漏れ電力、トランジスタがサブスレッショルド領域にあるときに電力が消費されます。これは、サブスレッショルド電流(トランジスタのサブスレッショルド中のソースとドレイン間の電流)およびCMOSトランジスタの逆バイアスダイオードによる電力消費をリーク電力と呼びます。 漏れ電力は、 トランジスタ しきい電圧。 リーク電力は、トランジスタが動作していないときのスレッショルドチャネルの不要なリーク電流の結果です。

モーター出力対電圧

電気モーターは、エネルギーの電気的形式を機械的形式のエネルギー内に変換または変換する機械です。

モーターの出力は、単位時間あたりのエネルギー生成の節約率の積として定義できます。

電力と電圧の関係は、瞬時電圧と瞬時電流の積がモーター電力が一定の場合の瞬時電力に等しいと定義できます。 それでも、電圧が低下すると、モーターの電流が増加し、電圧が上昇すると、モーターによって引き出される電流またはモーターによって生成される熱が減少します。 それでも、高電圧はモーターの磁気コンポーネントを飽和させる可能性があります。

E-Twow電気モーター
画像クレジット: 「E-Twow電気モーター」 by カスパルダンビス 下でライセンスされています 2.0てCC

電圧と電流の間に位相差がある場合、モーターの電力は力率と電流および電圧の積として定義されます。

モーターが電源から十分な電流を引き出す限り、同じ量の電力が生成されます。電圧の値が異なると、つまり電圧が高くなりますが、モーターがより多くの電力を生成することを意味するわけではありません。

RF電力対電圧

RF電力は、無線周波数電力の略です。 無線周波数は、AC電流または電磁界の電圧の高い振動率です。

無線周波数(RF)電力増幅器は、高電力無線周波数信号内で低電力無線周波数信号を変換または変更するタイプの増幅器です。 

一般的に、RFパワーアンプは送信機のアンテナに使用されます。 無線周波数(またはRF)電力またはRF電力は、一般的な意味でdBm(dBmは無線およびマイクロ波電子機器で使用される電力の対数単位)で表され、インピーダンスが決定されます。

電子機器では、電力はmWで測定され、両端の電圧降下を利用して定義できます。 インピーダンス RF回路全体のRF回路電力の

P = VxV/z

ここで、Pは電力、Vは電圧、Zはインピーダンスです。

無効電力と電圧

スルー パワートライアングル、見かけ電力、実電力、無効電力の関係を定義できます。

無効電力と電圧の関係を定義しましょう。 単相で AC回路 インピーダンスZの負荷がある場合、瞬時の電流と電圧は次のように定義できます。

i – 罪の重量

ここで、I = V/Z

これで、負荷に供給される瞬時電力は次のように定義できます。

p = iv = 2VIsinωtsin(ωt-θ)

上記の式では、電流 I sin theta の直交成分は、主に対して周波数 2\ω の電力振動の成分であり、平均値はゼロです。 電力のこの成分は、無効電力として知られています。

無効電力 ソースと負荷の無効部分の間のエネルギー交換の尺度として定義することもできます。

無効電力は、電源と負荷の間で前後に転送され、電源と負荷の間の無損失の交換を表します。 無効電力は、抵抗性負荷の場合はゼロですが、容量性負荷の場合はゼロ未満であり、誘導性負荷の場合はゼロよりも重要です。

無効電力はQで表され、無効電力の単位はボルトアンペア無効電力です。

一般的には、 電圧は無効電力の増加とともに増加しますが、電圧は無効電力の減少とともに減少します。 どの一次電圧が無効電力wに正比例するか無効電力が一定の場合、電圧が低下し、電源を維持するために電流が増加します、これにより、システムがより多くの無効電力を消費し、電圧がさらに低下します。

AC回路では、無効電力の生成と吸収を維持することによって電圧が制御されます。

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