电阻与阻抗?

电器工程 阻抗 反抗
2022-01-24 19:58:35
  • 电阻和阻抗有什么区别?

  • 我们什么时候说它是阻抗,什么时候说它是电阻?

  • 你能用图表(如果可能的话)和实时例子来解释吗?
  • 以及在我们的电路中没有电容器和电感器的电路中,电抗将如何形成?

  • 我们如何实时找到电路中的电抗及其值?

  • 我的意思是这可以通过使用任何仪器来计算电抗吗?

  • 电抗是设计者有意保留的还是通常会在电路中形成?

感谢所有答案。

2个回答

这是阻抗图:

阻抗

基本上阻抗由两部分组成:电抗电阻,使电阻成为阻抗的子集。

为了使计算更简单,我们使用复数来表示阻抗。这样我们可以得到阻抗\$Z=R+jX\$,其中\$R\$是电阻,\$j\$是虚数,\$X\$是电抗。如果我们稍微考虑一下复数,我们会发现零是\$X\$的有效值。在那种情况下,我们只有电阻,没有电抗。说纯电阻负载具有阻抗并没有错,因为阻抗由电阻和电抗组成,但随着时间的推移,阻抗一词似乎开始暗示存在一些电抗。

阻抗一词的另一个问题是它主要用于交流电路,由于某种原因,人们通常首先接触到直流电路。直流电路不使用阻抗的原因是电抗的性质。基本上对于电抗,我们有 3 种情况:当电抗为零时,当它为正时,当它为负时。

在正电抗的情况下,我们主要有感性阻抗,阻抗的公式是\$Z=R+j \omega L\$,其中\$\omega=2 \pi f\$是角频率,\$L\ $是元素的电感。对于直流电流,频率为零,因此阻抗的虚部也为零,只给我们电阻。因为电阻通常远低于电抗,所以理想线圈被认为具有零电阻并且在直流电路中是短路的。

在负电抗的情况下,我们主要有容抗,阻抗的公式是\$Z=R+ \frac{-j}{\omega C}=R-\frac{j}{\omega C}\$在直流电路中,随着频率接近零,电抗接近无穷大,因此理想电容器在直流电路中被建模为开路。

在此处输入图像描述

还有称为导纳的阻抗的倒数。它基本上是\$Y=Z^{-1}=G+jB\$,其中\$G=\frac{R}{R^2+X^2}\$是电导和\$B=\frac{ -X}{R^2+X^2}\$是电纳。

更新 不幸的是,我不是那么先进,所以我不能给你一个关于更新的好答案。基本上,电路的每个部分都充当电阻器、电感器和电容器的组合。例如,可以使用Biot-Savart 定律高斯定律来计算一根导线的电感

除其他外,电容可以使用电场的高斯定律库仑定律来计算。基本思想是假设身体上有一些电荷\$Q\$,并使用我提到的描述电场的两个定律之一来获得身体相对于无穷远点的电势。之后,可以使用公式\$C= \frac{Q}{V}\$获得电容。

据我所知,今天有一些电子设计程序能够从 PCB 布局本身自动计算 PCB 走线的电感和电容。我提供的定律确实有效,但要计算 PCB 上走线的电感和电容会非常复杂。

更新 2

电抗可以通过几种类型的仪器来测量,具体取决于您期望的值、所需的精度以及在特定电路上更容易使用的仪器类型。

例如,您可以使用“简单”万用表来测量迹线的电容和电感。为了获得更好的结果,可以使用一种称为 RLCmeter 的特殊类型的万用表。它将在指定频率下显示精确的电阻和电抗,大多数更好的模型将能够显示电感和电容。这很方便,因为在某些情况下,例如电容器的等效串联电阻可能很重要,并且不能用简单的万用表测量。

在某些情况下,甚至可以使用示波器来查看电抗。电抗会影响通过迹线的信号,这种影响可以用示波器检测到,然后可以根据对电路的影响来确定电抗。

至于有意的部分,电感和电容是自然现象,是不可避免的,总会发生的。在某些电路上,设计人员可能会特别注意它们,因为它们可以改变信号通过迹线的传播方式。这在现代高频数字电子产品中尤其常见。另一方面,在某些电路(例如低频数字电子设备、纯直流系统等)中,设计人员可能不需要过多关注电抗,只需“让它发生”即可。

图表!

在此处输入图像描述

这是一个复阻抗:

\$Z = R + \dfrac{1}{j \omega C} \$

电阻 \$R\$ 与施加的电压同相,因此矢量指向相同的 X 方向。电容器的阻抗几乎完全是无功的,即它的电阻部分远小于\$\dfrac{1}{j \omega C} \$。\$j\$ 导致 \$\theta\$ = 90° 旋转,并且由于 \$j\$ (= \$\sqrt{-1}\$) 在分母中,因此角度为负 \$ \left(\dfrac{1}{j} = -j \right)\$。
为了计算电流 \$ I = \dfrac{U}{Z} \$,我们注意到,当除以带有角度 \$\theta\$ 的阻抗时,我们从参考中减去角度,因此角度的符号反转.
结果显示了对于容性负载,电流如何超前电压一个角度 \$ \theta\$,其中 \$ 0 \le \theta \le 90°\$。
对于感性负载,可以绘制类似的图表,只有 \$ j \omega L\$ 指向 \$\dfrac{1}{j \omega C} \$ 的相反方向,并且电流将跟随电压。

编辑(在您编辑问题之后)
因此,电阻会导致电流与电压同相。如果有一个虚项(\$j\$),则该项表示电抗,无论是电容性的还是电感性的,并且

电阻 + 电抗 = 阻抗

在一个理想的世界中,如果你没有电容器或线圈,你也不会有电抗。但是一个电路可能有寄生阻抗:PCB走线的长度会引起感抗(它表现为一个线圈),而两条相邻的走线会产生一个容抗(它们表现为一个电容器)。寄生阻抗是无意的,并且在大多数情况下是令人讨厌的,尽管有时设计人员可以很好地利用它们。您可以使用RLC 表
测量组件阻抗,这将为您提供与电抗(电感或电容)串联或并联的电阻。
电抗将显示为电压或电流的相移。这种相移可以在 XY 模式下的示波器上显示;零相移将显示一条直线,90°相移将显示一个圆,两者之间的任何东西都会给你一个椭圆。