阻抗概念知识讲解
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电路基础原理交流电路中的阻抗电路基础原理-交流电路中的阻抗电路是电流和电压的传输路径,其中交流电路被广泛应用于电子设备和各种电力系统中。
交流电路中的阻抗是一个重要的概念,它描述了电路对交流电的阻碍程度。
在这篇文章中,我们将探讨交流电路中的阻抗及其基本原理。
阻抗可以理解为电流通过电路时所遇到的“阻碍”。
它是一个综合了电阻、电容和电感等元件的特性的概念。
阻抗用符号Z表示,单位为欧姆(Ω)。
和电阻(R)不同的是,电阻只对交流电的大小起作用,而阻抗还考虑了交流电的频率。
首先,我们来看一下电阻对交流电的阻碍。
电阻是最简单的电路元件,其阻抗(Z)等于其电阻(R)。
当交流电通过电阻时,电阻会消耗掉一部分电能,同时产生热量。
阻抗的大小取决于电路中的电阻值。
其次,我们来讨论电容对交流电的阻抗。
电容是一种能够存储电荷并在交流电流通过时释放电荷的器件。
在交流电路中,电容的阻抗用以下公式表示:Z = 1/(jωC)其中,Z是电容的阻抗,j是虚数单位(√-1),ω是交流电的角频率,C是电容的电容量。
从上述公式可以看出,电容的阻抗与电容量C 和角频率ω成反比。
当角频率较低时,电容的阻抗较大,表示电容器对交流电的阻碍较大。
而当角频率较高时,电容的阻抗较小,表示电容器对交流电的阻碍较小。
最后,我们来研究电感对交流电的阻抗。
电感是一种存储能量的器件,它通过在磁场中产生感应电动势来抵抗电流变化。
在交流电路中,电感的阻抗用以下公式表示:Z = jωL其中,Z是电感的阻抗,j是虚数单位,ω是交流电的角频率,L是电感的感值。
由上述公式可知,电感的阻抗与感值L和角频率ω成正比。
当角频率较低时,电感的阻抗较小,表示电感对交流电的阻碍较小。
而当角频率较高时,电感的阻抗较大,表示电感对交流电的阻碍较大。
交流电路中的阻抗是电路设计和分析中的重要概念。
通过了解电路中不同元件的阻抗特性,我们可以确定电路元件的选择和电路的特定行为。
例如,在滤波器设计中,我们可以利用电容和电感的不同阻抗特性来控制特定频率的信号通过电路的能力。
扬声器/喇叭的阻抗知识介绍
一般音响器材常见被提到阻抗的地方有喇叭的阻抗,前后级扩大机的输入阻抗,前级的输出阻抗,(后级通常不称输出阻抗,而称输出内阻),信号道线的传输阻碍抗(或称特性阻抗)......等等。
由于阻抗的单位仍是欧姆,也同样适用欧姆定律,因此一言以蔽之,在相同电压下,阻抗愈高将流过愈少的电流,阻抗愈低会流过愈多的电流。
最常见到的喇叭阻抗的标示值是八欧姆,这代表了这对喇叭在工厂测试规格时,当输入1KHz的正弦波信号,它呈现的阻抗值是八欧姆;或者是在喇叭的工作频率响应范围内,一个平均的阻抗值。
它可不是一个固定值,而是随着频率的不同而不同。
当后级输出一个固定电压给喇叭时,依照欧姆定律,四欧姆的喇叭会比八欧姆的喇叭多流过一倍的电流,理论上一部八欧姆输出一百瓦的晶体后级,在接上四欧姆喇叭时会自动变为二百瓦。
当喇叭的阻抗值一路下降时,后级输出一个固定电压,它流过的电流就会愈来愈大,到最后就有点像是把喇叭线直接短路,所以阻抗值有时会低至一欧姆的限制,超出此范围,机器就要烧掉了。
这也就是一般人常说的:后级的功率不用大,但输出电流要大的似是若非的道理。
如何理解阻抗的概念阻抗(Impedance)是电学的一个重要概念,用来描述电路对交流电的阻碍程度。
阻抗由两个部分组成:电阻(Resistive)和电抗(Reactive)。
电阻是电流通过元件时产生的能量损耗,而电抗则是电流通过元件时产生的能量储存或释放。
阻抗的概念可以从以下几个方面来理解:1. 阻抗与电阻的区别:电阻是直流电路的特性,描述电流通过物质时产生的热损耗,单位为欧姆(Ω)。
而阻抗是交流电路的特性,描述电路对交流电的阻碍程度,既包含了电阻的特性,也包括了电感和电容的影响。
阻抗的单位为欧姆(Ω),但通常在复数形式下表示,其实部分表示电阻,虚部分表示电抗。
2. 阻抗与电抗的关系:电抗是电路对交流电的阻碍程度的一种量度,包括了电感和电容的影响。
电感产生的阻碍称为感抗(Inductive reactance),其大小与电感元件的感值和角频率成正比。
电感的特性是在电流改变时会产生电磁感应,由于电感自身磁场的作用,电流变化需要消耗或释放能量,从而产生感抗。
电感元件的感抗的计算公式为:XL = 2πfL,其中,XL为感抗值,f为角频率,L为电感的感值。
对于电容而言,电容产生的阻碍称为容抗(Capacitive reactance),其大小与电容元件的容值和角频率成反比。
电容的特性是在电流变化时会储存或释放电荷,从而产生容抗。
电容元件的容抗的计算公式为:XC = 1 / (2πfC),其中,XC为容抗值,f为角频率,C为电容的容值。
电感和电容的阻抗在交流电路中起到了影响电流和电压相位关系的作用。
3. 阻抗与复数的表示:阻抗用复数表示,复数的实部表示电阻,虚部表示电抗,具体是通过欧姆定律在复平面上的应用来表示。
例如,一个电路的阻抗为Z = R + jX,其中R为电阻,X为电抗,j表示虚数单位。
复数形式的阻抗表示方式可以方便地计算和分析电路的特性,包括电流和电压的相位差、功率因数等。
4. 阻抗的概念在电路分析和设计中的应用:阻抗的概念在电路分析和设计中具有重要作用。
阻抗[]维基百科,自由的百科全书能够展示复阻抗。
阻抗(electrical impedance)是中、、对的阻碍作用的统称。
阻抗衡量流动于电路的交流电所遇到的阻碍。
阻抗将的概念加以延伸至交流电路领域,不仅描述电压与电流的相对,也描述其相对。
当通过电路的电流是时,电阻与阻抗相等,电阻可以视为相位为零的阻抗。
阻抗通常以符号标记。
阻抗是,可以以或来表示;其中,是阻抗的大小,是阻抗的相位。
这种表式法称为“相量表示法”。
具体而言,阻抗定义为电压与电流的比率。
阻抗的大小是电压振幅与电流振幅的绝对值比率,阻抗的相位是电压与电流的。
采用,阻抗的单位是(Ω),与的单位相同。
阻抗的是,即电流与电压的比率。
导纳的单位是(旧单位是)。
英文术语“impedance”是由物理学者于1886年发表论文《电工》给出。
于1893年,(Arthur Kennelly)最先以复数表示阻抗。
复阻抗[]阻抗是复数,可以与术语“复阻抗”替换使用。
阻抗通常以相量来表示,这种表示法称为“相量表示法”。
相量有三种等价形式:1.直角形式:、2.极形式:、3.指数形式:;其中,电阻是阻抗的实部,是阻抗的虚部,是阻抗的大小,是,是阻抗的相位。
从直角形式转换到指数形式可以使用方程、。
从指数形式转换到直角形式可以使用方程、。
极形式适用于实际工程标示,而直角形式比较适用于几个阻抗相加或相减的案例,指数形式则比较适用于几个阻抗相乘或相除的案例。
在作电路分析时,例如在计算两个阻抗的总阻抗时,可能会需要作几次形式转换。
这种形式转换必需要依照。
欧姆定律[]连接于电路的交流电源会给出电压于的两端,并且驱动电流于电路。
主条目:借着欧姆定律,可以了解阻抗的内涵:。
阻抗大小的作用恰巧就像电阻,设定电流,就可计算出阻抗两端的电压降。
则是电流滞后于电压的相位差(在时域,电流信号会比电压信号慢秒;其中,是单位为秒的)。
就像电阻将欧姆定律延伸至交流电路领域,其它直流电路分析的结果,例如(voltage division)、(current division)、、等等,都可以延伸至交流电路领域,只需要将电阻更换为阻抗就行了。
电缆的阻抗(Impedance):其电缆中的R、L、C造成电气阻力计算公式如下:z÷⨯=π+R)f(L2C也可用下列公式计算对于时变电磁场,物质的介电常数和频率相关,通常称为介电系数。
介电常数又叫介质常数,介电系数或电容率,它是表示绝缘能力特性的一个系数,以字母ε表示,单位为法/米电缆的阻抗什么是电缆的阻抗,什么时候用到它?首先要知道的是某个导体在射频频率下的工作特性和低频下大相径庭。
当导体的长度接近承载信号的1/10波长的时候,good o1风格的电路分析法则就不能在使用了。
这时该轮到电缆阻抗和传输线理论粉墨登场了。
传输线理论中的一个重要的原则是源阻抗必须和负载阻抗相同,以使功率转移达到最大化,并使目的设备端的信号反射最小化。
在现实中这通常意味源阻抗和电缆阻抗相同,而且在电缆终端的接收设备的阻抗也相同。
电缆阻抗是如何定义的?电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。
(伏特/米)/(安培/米)=欧姆欧姆定律表明,如果在一对端子上施加电压(E),此电路中测量到电流(I),则可以用下列等式确定阻抗的大小,这个公式总是成立:Z = E / I无论是直流或者是交流的情况下,这个关系都保持成立。
特性阻抗一般写作Z0(Z零)。
如果电缆承载的是射频信号,并非正弦波,Z0还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。
所以特性阻抗由下面的公式定义:Z0 = E / I电压和电流是有电缆中的感抗和容抗共同决定的。
所以特性阻抗公式可以被写成后面这个形式:其中R=该导体材质(在直流情况下)一个单位长度的电阻率,欧姆G=单位长度的旁路电导系数(绝缘层的导电系数),欧姆j=只是个符号,指明本项有一个+90'的相位角(虚数)π=3.1416L=单位长度电缆的电感量c=单位长度电缆的电容量注:线圈的感抗等于XL=2πfL,电容的容抗等于XC=1/2πfL。
从公式看出,特性阻抗正比于电缆的感抗和容抗的平方根。
英文名称:impedance阻抗定义在具有电阻、电感和电容的电路里,对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。
阻抗常用Z表示.,是一个复数,实部称为电阻,虚部称为电抗,其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗,电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。
电阻, 电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用称为阻抗。
阻抗的单位是欧。
在直流电中,物体对电流阻碍的作用叫做电阻,世界上所有的物质都有电阻,只是电阻值的大小差异而已。
电阻很小的物质称作良导体,如金属等;电阻极大的物质称作绝缘体,如木头和塑料等。
还有一种介于两者之间的导体叫做半导体,而超导体则是一种电阻值等于零的物质。
但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外,电容及电感也会阻碍电流的流动,这种作用就称之为电抗,意即抵抗电流的作用。
电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗,简称容抗及感抗。
它们的计量单位与电阻一样是欧姆,而其值的大小则和交流电的频率有关系,频率愈高则容抗愈小感抗愈大,频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。
此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题,具有向量上的关系式,因此才会说:阻抗是电阻与电抗在向量上的和。
对于一个具体电路,阻抗不是不变的,而是随着频率变化而变化。
在电阻、电感和电容串联电路中,电路的阻抗一般来说比电阻大。
也就是阻抗减小到最小值。
在电感和电容并联电路中,谐振的时候阻抗增加到最大值,这和串联电路相反。
在音响器材中,扩音机与喇叭的阻抗多设计为8欧姆,因为在这个阻抗值下,机器有最佳的工作状态。
其实喇叭的阻抗是随着频率高低的不同而变动的,喇叭规格中所标示的通常是一个大略的帄均值,现在市面上的产品大都是四欧姆、六欧姆或八欧姆。
[编辑本段]耳机阻抗耳机的阻抗是其交流阻抗的简称,单位为欧姆(Ω)。
一般来说,阻抗越小,耳机就越容易出声、越容易驱动。
耳机的阻抗是随其所重放的音频信号的频率而改变的,一般耳机阻抗在低频最大,因此对低频的衰减要小于高频的;对大多数耳机而言,增大输出阻抗会使声音更暗更混(此时功放对耳机驱动单元的控制也会变弱),但某些耳机却需要在高阻抗下才更好听。
阻抗和感抗公式在我们学习电学知识的过程中,阻抗和感抗公式可是非常重要的一部分呢!咱们先来说说阻抗。
阻抗这玩意儿,简单来讲,就是对电流的阻碍作用。
想象一下电流就像一个想要跑快点的小朋友,而阻抗就是路上的各种障碍物。
阻抗的公式是 Z = R + jX ,这里的 R 代表电阻,就是那种实实在在会消耗电能的家伙;j 是虚数单位,X 则包括感抗 XL 和容抗 XC 。
感抗呢,它就像是一个有点调皮的家伙。
感抗的公式是XL = 2πfL 。
这里的 f 是电流变化的频率,L 是电感。
想象一下电感就像一个储存能量的小仓库,频率越高,它就越不愿意让电流轻易通过,感抗也就越大。
我还记得之前给学生们讲这部分知识的时候,有个小同学特别可爱。
当时我在黑板上写下这些公式,然后问大家能不能理解。
那个小同学皱着眉头,一脸困惑地说:“老师,这感觉就像一堆乱码,我咋能弄明白呀?”我笑着跟他说:“别着急,咱们一点点来。
”我拿出一个电感的实物,给大家展示。
然后通过改变电源的频率,让同学们观察灯泡的亮度变化。
同学们都瞪大眼睛,好奇地看着。
我告诉他们,频率变化,感抗就变化,灯泡的亮度也就跟着变啦。
这时候,那个小同学好像有点开窍了,眼睛里闪着光。
在实际生活中,阻抗和感抗的应用那可多了去了。
比如说我们家里用的音箱,里面就有电感和电容,它们的存在就是为了调整声音的频率响应,让我们听到更好听的音乐。
还有手机充电器,里面也有各种阻抗和感抗的元件,来保证充电的稳定和安全。
再比如在电力输送中,如果不考虑阻抗和感抗,那电能在路上就会大量损耗,到了咱们家里可能电灯泡都亮不起来啦。
所以工程师们在设计电力系统的时候,就得把这些因素都算进去,保证电能能够高效地输送到我们需要的地方。
学习阻抗和感抗公式,可不仅仅是为了应付考试哦。
真正理解了它们,我们就能明白身边很多电器的工作原理,甚至还能自己动手修修小电器呢。
总之,阻抗和感抗公式虽然看起来有点复杂,但只要我们用心去理解,多联系实际,就一定能掌握它们。
感抗(jωL)容抗(1/jωC)电阻R
在交流电路分析中,电抗X是复数阻抗的虚数部分,用于表示电感及电容对电流的阻碍作用。
阻抗即电阻与电抗的总合,用数学形式表示为:Z = R + jX
Z 即阻抗,单位为欧姆Ω
R 为电阻,单位为欧姆Ω
X 为电抗,单位为欧姆Ω
导纳是电导和电纳的统称,在电力电子学中导纳定义为阻抗的倒数,符号Y,单位是西门子,简称西(S)。
和阻抗一样,导纳也是一个复数,由实数部分(电导G)和虚数部分(电纳B)组成:Y = G + jB.
对于纯电阻线路,电导数值上等于电阻的倒数: G = 1/R,其中G为物体电导,导体的电阻越小,电导就越大。
在交流电路中电导定义为导纳的实部(注意:不是电阻的倒数):Y = G + jB。
电导会随着温度的变化而有所变化。
交流电路中的阻抗与功率知识点总结在交流电路中,阻抗和功率是两个非常重要的概念。
理解它们对于分析和设计电路具有至关重要的意义。
首先,我们来谈谈阻抗。
阻抗是一个复数,它包含了电阻和电抗两部分。
电阻大家都比较熟悉,它反映了电路中对电流流动的阻碍作用,并且会将电能转化为热能。
而电抗则包括感抗和容抗。
感抗是由电感元件引起的。
当电流通过电感时,会产生一个自感电动势来阻碍电流的变化。
感抗的大小与电感的大小以及交流电源的频率成正比。
频率越高,感抗越大;电感值越大,感抗也越大。
容抗则是由电容元件产生的。
电容在充电和放电的过程中,电流的变化会受到阻碍。
容抗的大小与电容的大小以及电源频率成反比。
频率越高,容抗越小;电容值越大,容抗越小。
阻抗的大小可以通过公式计算:Z =√(R²+(Xₗ Xc)²) ,其中R 是电阻,Xₗ 是感抗,Xc 是容抗。
接下来,我们聊聊功率。
在交流电路中,功率分为三种:有功功率、无功功率和视在功率。
有功功率是电路中真正用于做功的功率,比如转化为热能、机械能等。
它的大小等于电压和电流的乘积再乘以它们之间夹角的余弦值,用符号 P 表示,单位是瓦特(W)。
无功功率并不是无用的功率,而是在电感和电容元件与电源之间进行能量交换的功率。
它等于电压和电流的乘积乘以它们之间夹角的正弦值,用符号 Q 表示,单位是乏(Var)。
视在功率则是电压和电流的乘积,用符号 S 表示,单位是伏安(VA)。
视在功率反映了电源提供的总功率。
这三种功率之间存在着一个重要的关系,即 S²= P²+ Q²。
为了更清楚地理解这些功率的概念,我们可以通过一个简单的例子来说明。
假设有一个交流电路,其中电阻为 10 欧姆,电感的感抗为 5欧姆,电容的容抗为 3 欧姆,电源电压为 220 伏特,电流为 10 安培,电流与电压的相位差为 30 度。
首先计算阻抗:Z =√(10²+(5 3)²) =√(100 + 4) =√104 ≈ 102 欧姆。
阻抗知识点阻抗是电路中一个重要的概念,用来描述电流在电路中流动时所受到的阻碍程度。
在电路中,电阻、电感和电容都会对电流的流动产生阻碍,而这些阻碍的大小就可以用阻抗来表示。
本文将介绍阻抗的概念,以及如何计算和应用阻抗。
1.什么是阻抗?阻抗是电路中一种描述电流流动受到的阻碍程度的物理量。
它是一个复数,包括实部和虚部,用来表示电阻、电感和电容对电流的影响。
阻抗的单位是欧姆(Ω)。
2.阻抗的计算方法2.1 电阻的阻抗电阻的阻抗等于电阻本身的值,可以用以下公式表示: Z = R2.2 电感的阻抗电感的阻抗是一个复数,可以用以下公式表示:Z = jωL 其中,j是虚数单位,ω是角频率,L是电感的值。
2.3 电容的阻抗电容的阻抗也是一个复数,可以用以下公式表示:Z = 1/(jωC) 其中,C是电容的值。
3.阻抗的应用3.1 阻抗匹配阻抗匹配是一种优化电路性能的方法,通过调整电路中的元件阻抗,使得信号的传输更加有效。
阻抗匹配常用于无线通信领域,可以提高信号的传输效率和减少信号的衰减。
3.2 阻抗转换阻抗转换是将一个电路的阻抗转换成另一个电路的阻抗的过程。
例如,将一个电路的高阻抗转换成低阻抗,或者将一个电路的低阻抗转换成高阻抗。
阻抗转换常用于放大器的设计以及信号传输的优化。
4.阻抗与频率的关系阻抗与频率密切相关,不同频率下电阻、电感和电容的阻抗大小会发生变化。
在低频情况下,电阻的阻抗较大,电感的阻抗较小,而电容的阻抗趋近于无穷大。
而在高频情况下,电阻和电感的阻抗会变小,电容的阻抗则会变大。
5.总结阻抗是描述电路中电流流动受到阻碍程度的重要概念。
电阻、电感和电容都会对电流的流动产生阻碍,而阻抗可以用来表示这种阻碍。
阻抗的计算方法包括电阻的阻抗、电感的阻抗和电容的阻抗。
阻抗在电路设计和优化中有着广泛的应用,如阻抗匹配和阻抗转换。
此外,阻抗与频率密切相关,不同频率下电阻、电感和电容的阻抗大小会有所不同。
对阻抗的了解可以帮助我们更好地理解电路中电流的流动和信号的传输。
三相功率和阻抗是电力系统中的重要概念,通常在三相交流电路中使用。
在三相系统中,功率和阻抗之间有着复杂的相互关系。
以下是一些关于三相功率和阻抗的基本知识:
1. 三相功率(P)计算:
在三相系统中,总功率可以通过以下公式计算:P = √3*V*I*cos(θ),其中√3是3的平方根,V是线电压,I是线电流,cos(θ)是功率因数。
2. 三相阻抗(Z)的概念:
在三相系统中,阻抗通常表示为复数,包括电阻(R)和电抗(X),即Z = R + jX,其中j是虚数单位。
3. 三相功率与阻抗的关系:
三相系统中的功率可以通过以下公式与阻抗相关联:P = 3*V^2/R,其中V是相电压,R是电阻值。
这表明在三相系统中,功率与阻抗的关系与单相电路存在一些差异。
电缆的阻抗(Impedance):其电缆中的R、L、C造成电气阻力计算公式如下:z÷⨯=π+R)f(L2C也可用下列公式计算对于时变电磁场,物质的介电常数和频率相关,通常称为介电系数。
介电常数又叫介质常数,介电系数或电容率,它是表示绝缘能力特性的一个系数,以字母ε表示,单位为法/米电缆的阻抗什么是电缆的阻抗,什么时候用到它?首先要知道的是某个导体在射频频率下的工作特性和低频下大相径庭。
当导体的长度接近承载信号的1/10波长的时候,good o1风格的电路分析法则就不能在使用了。
这时该轮到电缆阻抗和传输线理论粉墨登场了。
传输线理论中的一个重要的原则是源阻抗必须和负载阻抗相同,以使功率转移达到最大化,并使目的设备端的信号反射最小化。
在现实中这通常意味源阻抗和电缆阻抗相同,而且在电缆终端的接收设备的阻抗也相同。
电缆阻抗是如何定义的?电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。
(伏特/米)/(安培/米)=欧姆欧姆定律表明,如果在一对端子上施加电压(E),此电路中测量到电流(I),则可以用下列等式确定阻抗的大小,这个公式总是成立:Z = E / I无论是直流或者是交流的情况下,这个关系都保持成立。
特性阻抗一般写作Z0(Z零)。
如果电缆承载的是射频信号,并非正弦波,Z0还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。
所以特性阻抗由下面的公式定义:Z0 = E / I电压和电流是有电缆中的感抗和容抗共同决定的。
所以特性阻抗公式可以被写成后面这个形式:其中R=该导体材质(在直流情况下)一个单位长度的电阻率,欧姆G=单位长度的旁路电导系数(绝缘层的导电系数),欧姆j=只是个符号,指明本项有一个+90'的相位角(虚数)π=3.1416L=单位长度电缆的电感量c=单位长度电缆的电容量注:线圈的感抗等于XL=2πfL,电容的容抗等于XC=1/2πfL。
从公式看出,特性阻抗正比于电缆的感抗和容抗的平方根。
阻抗概念阻抗[编辑]维基百科,自由的百科全书/wiki/%E9%98%BB%E6%8A%97 - mw-navigation/wiki/%E9%98%BB%E6%8A%97 - p-search相量图能够展示复阻抗。
阻抗(electrical impedance)是电路中电阻、电感、电容对交流电的阻碍作用的统称。
阻抗衡量流动于电路的交流电所遇到的阻碍。
阻抗将电阻的概念加以延伸至交流电路领域,不仅描述电压与电流的相对振幅,也描述其相对相位。
当通过电路的电流是直流电时,电阻与阻抗相等,电阻可以视为相位为零的阻抗。
阻抗通常以符号标记。
阻抗是复数,可以以相量或来表示;其中,是阻抗的大小,是阻抗的相位。
这种表式法称为“相量表示法”。
具体而言,阻抗定义为电压与电流的频域比率[1]。
阻抗的大小是电压振幅与电流振幅的绝对值比率,阻抗的相位是电压与电流的相位差。
采用国际单位制,阻抗的单位是欧姆(Ω),与电阻的单位相同。
阻抗的倒数是导纳,即电流与电压的频域比率。
导纳的单位是西门子 (单位)(旧单位是姆欧)。
英文术语“impedance”是由物理学者奥利弗·赫维赛德于1886年发表论文《电工》给出[2][3]。
于1893年,电机工程师亚瑟·肯乃利(Arthur Kennelly)最先以复数表示阻抗[4]。
复阻抗[编辑]阻抗是复数,可以与术语“复阻抗”替换使用。
阻抗通常以相量来表示,这种表示法称为“相量表示法”。
相量有三种等价形式:1. 直角形式:、2. 极形式:、3. 指数形式:;其中,电阻是阻抗的实部,电抗是阻抗的虚部,是阻抗的大小,是虚数单位,是阻抗的相位。
从直角形式转换到指数形式可以使用方程、。
从指数形式转换到直角形式可以使用方程、。
极形式适用于实际工程标示,而直角形式比较适用于几个阻抗相加或相减的案例,指数形式则比较适用于几个阻抗相乘或相除的案例。
在作电路分析时,例如在计算两个阻抗并联的总阻抗时,可能会需要作几次形式转换。
这种形式转换必需要依照复数转换定则。
欧姆定律[编辑]连接于电路的交流电源会给出电压于负载的两端,并且驱动电流于电路。
主条目:欧姆定律借着欧姆定律,可以了解阻抗的内涵[5]:。
阻抗大小的作用恰巧就像电阻,设定电流,就可计算出阻抗两端的电压降。
相位因子则是电流滞后于电压的相位差(在时域,电流信号会比电压信号慢秒;其中,是单位为秒的周期)。
就像电阻将欧姆定律延伸至交流电路领域,其它直流电路分析的结果,例如电压分配(voltage division)、电流分配(current division)、戴维宁定理、诺顿定理等等,都可以延伸至交流电路领域,只需要将电阻更换为阻抗就行了。
复值电压与电流[编辑]电路内的广义阻抗可以描绘为与电阻符号相同的形状,或者描绘为加有标签的盒子。
为了简化计算,正弦电压波和正弦电流波通常以指数形式表示为[5]、;其中,是电压振幅,是电流振幅,是正弦波的角频率、是电压相位,是电流相位,阻抗定义为电压除以电流:。
将这公式代入欧姆定律,可以得到。
注意到对于任意时间,这方程都成立。
因此,可以令大小与相位分别相等:、。
第一个方程乃是熟悉的表达电压与电流之间关系的欧姆定律,第二个方程给出相位关系。
用相量表示法来描述,相量、分别为、。
正弦波、跟相量、的关系为、。
阻抗的定义为。
复数运算的正确性[编辑]根据欧拉公式,余弦函数可以表示为。
这是一个可以用来表示电压或电流波形的实值余弦函数,可以被分解为两个复值函数。
所以,只要分析方程右边的两个复值项目的行为,就可以明了方程左边的实值余弦函数的行为。
由于这两个复值项目的实部相等,实际而言,只需要分析其中一个项目,取这项目的实部,就可以得到余弦函数:。
换句话说,只要取计算结果的实部,就可以得到答案。
在傅里叶分析中,激励可以写成多个正弦波的叠加。
根据叠加原理,每个正弦波可以单独分析计算出各自的反应,(反应本身也是一个正弦波,其频率与激励的频率相同,但通常两者的振幅、相位都不相同,反应的振幅、相位会有所改变。
)对于原本激励的响应是所有单独正弦波的响应在时域的总和(或积分)。
这些单独正弦波都可以转换为以复数运算。
[6]相量[编辑]主条目:相量相量是一个常定复数,可以代表参数为时间的正弦函数的复振幅(大小和相位)。
电机工程师常会使用相量作复数运算,因为能够简化涉及正弦函数的运算,将一个微分方程问题约化为代数方程问题。
一个电路元件的阻抗可以定义为元件两端的电压相量与通过元件的电流相量,两者之间的比率,即电压与电流之间的相对振幅与相对相位。
注意到因子互相抵消,这定义等价于前面由欧姆定律给出的定义,电路元件的阻抗[编辑]电容器两端的电压滞后于通过电容器的电流,两者之间的相位差为;电感器两端的电压超前于通过电感器的电流,两者之间的相位差为。
由于电压与电流的振幅相等,阻抗的的大小为1。
理想电阻器的阻抗是实数,称为“电阻”:;其中,是理想电阻器的电阻。
理想电容器和理想电感器的阻抗、都是虚数:,;其中,是理想电容器的电容,是理想电感器的电感。
注意到以下两个很有用的全等式:、。
应用这些全等式,理想电容器和理想电感器的阻抗以指数形式重写为、。
给定通过某阻抗元件的电流振幅,复阻抗的大小给出这阻抗元件两端的电压振幅,而复阻抗的指数因子则给出相位关系。
电阻器、电容器和电感器是三种基本电路元件。
以下段落会推导出这些元件的阻抗。
这些导引假定正弦信号。
通过傅里叶分析,任意信号可以视为一组正弦函数的总和。
所以,这些导引可以延伸至任意信号。
电阻器[编辑]根据欧姆定律,通过电阻器的含时电流与电阻器两端的含时电压,两者之间的关系为;其中,是时间。
设定含时电压信号为,则含时电流为。
两者的大小分别为、,相位都是。
所以,阻抗为。
电阻器的阻抗是实数。
理想电阻器不会制造相位差。
电容器[编辑]通过电容器的含时电流与电容器两端的含时电压,两者之间的关系为。
设定含时电压信号为,则电流为。
两者的除商为。
所以,电容器阻抗的大小为,交流电压滞后90°于交流电流,或者,交流电流超前90°于交流电压。
以指数形式表示,、、,或者,应用欧拉公式,。
电感器[编辑]通过电感器的含时电流与电感器两端的含时电压,两者之间的关系为。
设定含时电流信号为。
则电压为。
两者的除商为。
所以,电感器阻抗的大小为,交流电压超前90°于交流电流,或者,交流电流滞后90°于交流电压。
以指数形式表示,、、,或者,应用欧拉公式,。
广义 s-平面阻抗[编辑]以定义阻抗的方法只能应用于以稳定态交流信号为输入的电路。
假若将阻抗概念加以延伸,将改换为复角频率,就可以应用于以任意交流信号为输入的电路。
表示于时域的信号,经过拉普拉斯变换后,会改为表示于频域的信号,改成以复角频率表示。
采用这更广义的标记,基本电路元件的阻抗为元件阻抗表达式电阻器电容器电感器对于直流电路,这简化为;对于稳定正弦交流信号,。
电抗[编辑]主条目:电抗电抗是阻抗的虚部。
电阻与电抗共同设定阻抗的大小和相位:、。
具有有限电抗的电路元件,会使得其两端的电压与通过的电流发生相位差:。
运作时,纯电抗元件会交替地从电路吸收电能,然后又将电能还给电路;纯电抗元件不会耗散任何电能。
容抗[编辑]电介质分子因为电子受到电场影响,使得分子偏离平衡位置。
为了方便说明,本图将电介质和电极的空隙加大,实际上电介质会直接和电极接触。
主条目:电容理想电容器的阻抗是虚数,不具有实部,其虚部称为“容抗”,与信号的角频率成反比。
电容器是由两块导体和夹在中间的电介质构成,其容抗为。
从这方程可以观察到,当交流电源的角频率趋向于零时,电源会趋向于直流电源,容抗会趋向于负无穷大,假设给定电压源振幅,则电流会趋向于零。
所以,在低频率运作时,电容器貌似断路。
假设电源的频率越高,则容抗越低,对于电流通过的阻碍也越低。
在高频率运作时,电容器貌似短路。
更详细地描述,假设连接直流电流源于平行板电容器的两端,由于电容器中有绝缘的电介质阻隔,电荷无法穿过电容器,电容器的一块平行板会累积正电荷,另一块平行板会累积负电荷。
这过程称为“充电”。
注意到在这充电过程,整个电容器仍旧维持电中性。
分别累积于两块平行板的正电荷和负电荷会产生电场。
依照不同的电介质属性而定,这电场会将电介质的正负电荷稍微分开,或者按照电场方向改变每一个电介质分子的定向,将电介质电极化,这会在电介质的表面形成面束缚电荷与其对应的感应电场,其方向与原本电场相反,因此减弱原本电场的实际作用,所以电介质可以增加电容器的电容。
由于电容器的总电场,电容器的两块平行板之间会出现电压。
等到这电压不再变动之后,通过电容器的电流会等于零,所以,一般会说电容器不允许直流电流通过。
假设连接交流电流源或交流电压源于平行板电容器的两端,由于电流会周期性的变换方向,交流电流会轮流对电容器的两块平行板充电和放电,处于两块平行板的电荷会周期性的变化,因此在一个周期内,除了电流由正变负(或由负变正)的那一瞬间之外,通过电容器的电流均不为零。
因此,一般认为电容器可允许交流电流通过。
注意到电容器只能够累积有限量的电荷。
感抗[编辑]主条目:电感理想电感器的阻抗是虚数,不具有实部,其虚部称为“感抗”,与信号的角频率成正比:;其中,是感抗。
从这方程可以观察到,当交流电源的角频率趋向于零时,电源会趋向于直流电源,感抗会趋向于零,对于电流的通过阻碍越低。
所以,在低频率运作时,电感器貌似短路。
假设电源角频率越高,则感抗越高,假设给定电压源振幅,则电流会趋向于零。
所以,在高频率运作时,电感器貌似断路。
电感器是一个线圈导体。
根据法拉第感应定律,通过载流循环的磁通量变率,会生成的感应电动势为;其中,是感应电动势,是磁通量。
假设电感器的线圈匝数是,则感应电动势为。
感应电动势会阻碍电流流动。
常定直流电所产生的磁场,其通过线圈的磁通量是个常数,变率为零,感应电动势也为零。
所以,常定直流电会将电感器视为短路(通常电感器的材质为低电阻率材料)。
交流电变率的时间平均值跟频率成正比,因此感抗与频率也成正比。
阻抗组合[编辑]主条目:串联电路和并联电路应用串联电路和并联电路的阻抗计算定则,就可以计算出简单电路的总阻抗。
除了阻抗是复数以外,这定则与串联电路和并联电路的电阻计算定则等同。
但是,对于一般电路案例,还需要通过等效阻抗转换(equivalent impedance transform)这一道步骤。
星形电路和三角形电路示意图。
具有多于两个终端点的阻抗电路,无法约化为只具有一个阻抗元件的等效电路;具有个终端点的阻抗电路,,最少只能约化为具有个阻抗元件的等效电路。
三终端点电路可以约化为具有三个节点的三角形电路或具有四个节点的星形电路。
这两种等价电路可以互相变换。