理解交流波形:正弦波、频率与示波器基础
交流发电机产生电压极性随时间平滑变化,绘图形成特征正弦波。

交流电压随时间图(正弦波)。
发电机电压轨迹中,正负极性过渡连续;变化率过零点峰值、波峰最慢。这镜像0-360°数学正弦函数,如下表。
三角正弦函数
| 角度(°) | Sin(角度) | 波 | 角度(°) | Sin(角度) | 波 |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0.0000 | 零 | 180 | 0.0000 | 零 |
| 15 | 0.2588 | + | 195 | -0.2588 | - |
| 30 | 0.5000 | + | 210 | -0.5000 | - |
| 45 | 0.7071 | + | 225 | -0.7071 | - |
| 60 | 0.8660 | + | 240 | -0.8660 | - |
| 75 | 0.9659 | + | 255 | -0.9659 | - |
| 90 | 1.0000 | +峰 | 270 | -1.0000 | -峰 |
| 105 | 0.9659 | + | 285 | -0.9659 | - |
| 120 | 0.8660 | + | 300 | -0.8660 | - |
| 135 | 0.7071 | + | 315 | -0.7071 | - |
| 150 | 0.5000 | + | 330 | -0.5000 | - |
| 165 | 0.2588 | + | 345 | -0.2588 | - |
| 180 | 0.0000 | 零 | 360 | 0.0000 | 零 |
机电发电机产生正弦波交流,因静止线圈感应电压与磁通变化率成正比,随转子转动遵循正弦函数(法拉第电磁感应定律)。磁极最近线圈时磁通变最快;最远时最慢,产生熟悉平滑正弦波。
周期与频率
波形完整循环为图上同一点间距离——最常取相邻波峰。横轴可读度数(0-360°)或时间,视语境。一个循环时间跨度称周期,通常秒表示。
因完整循环跨360°,度数周期恒360°,但循环耗时取决于电压振荡快慢。周期倒数为频率,单位赫兹(Hz)即每秒循环数。美电网60Hz,欧电网50Hz。
历史上频率记“周/秒”(CPS)。改用赫兹(Hz)纪念海因里希·赫兹,现代工程广泛接受。
周期频率互为倒数:

使用示波器
示波器屏幕显示电压随时间波形,似心电图机显心脏活动。测量波形上同一点水平距离得周期,进而算频率。

示波器显示正弦波周期。
交流与声音:有益类比
电波声波共享基本属性:均随时间变化、可用频率表征。音乐中频率对应音高。例:A4调440Hz;高八度880Hz,恰为两倍频率。
下表常见音符及频率:
| 音名 | 音乐记号 | 频率(Hz) |
|---|---|---|
| A | A₃ | 220.00 |
| A♯/B♭ | A#₃/B♭₃ | 233.08 |
| B | B₃ | 246.94 |
| C | C₄(中央C) | 261.63 |
| C♯/D♭ | C#₄/D♭₄ | 277.18 |
| D | D₄ | 293.66 |
| D♯/E♭ | D#₄/E♭₄ | 311.13 |
| E | E₄ | 329.63 |
| F | F₄ | 349.23 |
| F♯/G♭ | F#₄/G♭₄ | 369.99 |
| G | G₄ | 392.00 |
| G♯/A♭ | G#₄/A♭₄ | 412.30 |
| A | A₄ | 440.00 |
| A♯/B♭ | A#₄/B♭₄ | 466.16 |
| B | B₄ | 493.88 |
| C | C₅ | 523.25 |
同字母音符频率比2:1,解释八度音为何相似。钢琴键盘展示此间距:一八度跨七白键。

键盘上显示一八度。
其他交流波形
发电机自然产生正弦波,但许多电子电路有意产生其他波形。常见方波、三角波、锯齿波,各有独特谐波含量。即使设计输出纯正弦波,现实因素常引入失真。

常见波形。
接近完美正弦波称正弦波形;偏离称非正弦波形。理解AC波形形状关键,因它影响波与电路相互作用。
回顾
- 发电机产生正弦波交流信号。
- 周期是波形一次完整演变。
- 周期是一周期所需时间。
- 频率是每秒周期数(Hz)。1Hz=每秒一周期。
- 频率=1/(周期秒数)。
相关练习册
- 交流波形练习册
- 基础示波器操作练习册
工业技术