阻抗[编辑网络播放器]
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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. 朝花夕拾赏析直角形式: 、
2. 极形式: 、
3. 指数形式:建立健全长效机制 ;
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
、
。
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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]:
。描写月亮的古诗句
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)、电流分配怎么好好学习(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。
毕业论文怎么写大专为了简化计算,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
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。
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]