LCR仪表 - 阻抗信息

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什么是阻抗?

阻抗 (Z)是电路对交流电流的总反对。阻抗根据电路中的元件和施加的AC的频率而变化。阻抗可包括电阻(R),感抗(X L )和容抗(X C 。它不仅仅是电阻,感抗和电容电抗的代数和。感抗和容抗是90°异相的与电阻,从而使它们的最大值发生在不同的时间。因此,必须使用矢量加法来计算阻抗。

在由DC提供的电路中,电阻是施加电压(V)与所得电流(I)的比率。这是欧姆定律。

 

交流电有规律地反转其极性。   当AC电路仅包含电阻时,电路电阻也由欧姆定律决定。

然而,当AC电路中存在电容和/或电感时,它们会导致电压和电流异相。因此,必须通过用阻抗(Z)代替电阻来修改欧姆定律。欧姆定律变为:Z = V / I,其中Z是复数。

Z是一个复数;即,它具有实部(R)和虚部( jX )。虚部表示AC波形上的任何点。

相移

电阻始终与电压同相。因此,相移总是相对于电阻线。当电路相对于感抗具有更大的电阻时,阻抗线朝向电阻线(X轴)移动并且相移减小。 当电路相对于电阻产生更多的感抗时,阻抗线向感应电抗线(Y轴)移动并且相移增加。

具有电阻和感抗的电路中的阻抗可以使用以下等式计算。如果电路中存在容性电抗,则在平方之前将其值加到电感项上。

可以使用下面的等式计算电路的相位角 。如果电路中存在容性电抗,则其值将从感抗电抗项中减去。

 可以在矢量图中绘制相移,该矢量图示出了串联阻抗Z,其实部Rs (串联电阻),其虚部jXs (串联电抗)和相位角θ。  

ω=2πf

数字 1   一套矢量图

当电路中存在电感或电容时,电压和电流不同相。

电感 - 当电流变化率最大时,电感两端的电压最大。对于AC(正弦波)波形,这是在实际电流为零的点处。目前确实之前施加到电感器上的电压达到其最大值的四分之一周期并且电压由所述90°到引线的电流。

电容 - 流过电容器的电流与电容器本身的值成正比(高值电容器的充电速度更慢),并且与电容器电压随时间的变化成正比。施加到电容器的电流在电压之前达到其最大值四分之一周期;电流引线90上的电压ø.across电容器。

系列与并行等效

哪个应该测量,串联或并联参数?这取决于测量的目的。    对于无源元件的输入检测和生产测量,通常系列值在EIA和MIL标准中规定。   这些标准还规定了测试频率和其他测试条件。

要使用交流测量确定电阻的直流值,请使用低值电阻的串联测量(例如低于1k) ;使用高价值的并行测量。   在大多数情况下,这可以避免由于串联电感和并联集总电容引起的误差。   此外,使用低测试频率。   请注意,有时AC测量可以提供比DC测量更好的DC值,因为可以避免热电压和漂移误差,并且测量灵敏度可能更高。

优选并行测量的其他情况是在测量非常低的电容值时,在电介质和磁性材料上进行测量时,当然,当试图并行地确定两个分量的单独值时。    通常,电容器的D小于.01,因此它不会产生任何差异,因为串联和并联值之间的差异小于.01%。   同样,电阻器的Q值通常小于0.01,因此可以测量任一电阻量。

这种阻抗的等效电路会使Rs和Xs串联,因此下标's' 

                         

Z的倒数是导纳(Y),这也是具有实部的Gp(并联电导)和具有相位角φ的虚部JBP(平行电纳 )的复数。  

                

有关阻抗项和方程的完整列表,请参见第65

电阻R可由单个实数指定,单位为欧姆(Ω)。   器件的电导G是其电阻的倒数:G = 1 / R.   传导单位是西门子 (以前是mho,'Ohm'向后拼写)。  

对于AC,电压与电流的比率是复数,因为AC电压和电流具有相位和幅度。    这个复数称为阻抗Z,它是实数R和虚数jX之和(其中j = -1)。   因此,Z = R + jX  实际部分是交流电阻,虚部是电抗。   两者都有欧姆单位。

电抗有两种类型,电感和电容。   电感元件的电抗为L,其中L为其电感和   =2πf(其中f =频率)。   电容元件的电抗为负,-1 / C,其中C是其电容。   出现负号是因为纯电容器的阻抗为1 / j C且1 / j = -j。

因为两个装置的串联阻抗是其单独的阻抗的总和,考虑一个阻抗作为理想的电阻器的串联组合,以及理想的电容器或电感器。   这是阻抗的串联等效电路,包括等效串联电阻和等效串联电容或电感。   使用系列的下标s,我们有:

对于具有许多组件的网络,等效电路的元件值随频率而变化。   对于单个实际组件的等效电路的电感和电容元件的值也是如此(尽管变化通常非常小)。

阻抗在任何特定频率下由等效电路表示。这些元素或参数的值取决于使用哪种表示,串联或并联,除非阻抗是纯电阻或纯反应。在这种情况下,只需要一个元素,并且序列或平行值是相同的。

导纳Y是阻抗的倒数,如公式2所示:

它也是一个复数,具有实部,交流电导G和虚部, 电纳 B.   由于增加了并联元件的导纳,Y可以用理想电导和电纳的并联组合来表示,其中后者是理想电容或理想电感。   使用下标p表示平行元素,我们得到等式3:

通常, Gp不等于1 / Rs,并且Bp不等于1 / Xs(或-1 / Xs),如从等式4中的计算可以看出的那样。   

因此,只有当Xs = 0时, Gp = 1 / Rs,只有当阻抗是纯电阻时才是这种情况;只有当Rs = 0时,Bp = -1 / Xs(注意减号),即阻抗是纯电容或电感。

另外两个量D和Q是组分“纯度”的量度,即与理想的接近程度或仅包含电阻或电抗的程度。   D,耗散因数,是阻抗或导纳的实部与虚部的比值。质量因子Q是该比率的倒数,如等式5所示。



Henry P. Hall 对“阻抗测量历史”的深入讨论是另一篇关于阻抗测量主题的文章。



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