Qu'est ce que l'impédance?
L' impédance électrique (Z) est l'opposition totale qu'un circuit présente au courant alternatif. L'impédance change en fonction des composants du circuit et de la fréquence du courant alternatif appliqué. L'impédance peut inclure la résistance (R), la réactance inductive (X L ) et la réactance capacitive (X C ) . Ce n'est pas simplement la somme algébrique de la résistance, de la réactance inductive et de la réactance capacitive. Réactance inductive et capacitive sont 90 réactance o en opposition de phase avec la résistance, de sorte que leurs valeurs maximales se produisent à des moments différents. Par conséquent, l'addition de vecteurs doit être utilisée pour calculer l'impédance.
Dans un circuit alimenté en courant continu, la résistance est le rapport entre la tension appliquée (V) et le courant résultant (I). C'est la loi d'Ohm.
Un courant alternatif inverse régulièrement sa polarité. Lorsqu'un circuit AC ne contient que de la résistance, la résistance du circuit est également déterminée par la loi d'Ohm.
Cependant, lorsqu'une capacité et / ou une inductance sont présentes dans un circuit CA, elles provoquent un déphasage de la tension et du courant. La loi d'Ohm doit donc être modifiée en substituant l'impédance (Z) à la résistance. La loi d'Ohm devient: Z = V / I, où Z est un nombre complexe.
Z est un nombre complexe; c'est-à-dire qu'il a une composante réelle (R) et une composante imaginaire ( jX ). Le composant imaginaire représente n'importe quel point de la forme d'onde AC.
Changement de phase
La résistance est toujours en phase avec la tension. Par conséquent, un déphasage est toujours relatif à la ligne de résistance. Lorsque le circuit a plus de résistance par rapport à la réactance inductive, la ligne d'impédance se déplace vers la ligne de résistance (axe X) et le déphasage diminue. Lorsque le circuit produit plus de réactance inductive par rapport à la résistance, la ligne d'impédance se décale vers la ligne de réactance inductive (axe Y) et le déphasage augmente.
L'impédance dans un circuit avec résistance et réactance inductive peut être calculée à l'aide de l'équation suivante. Si la réactance capacitive était présente dans le circuit, sa valeur serait ajoutée au terme d'inductance avant la quadrature.
L' angle de phase du circuit peut être calculé à l'aide de l'équation ci-dessous. Si la réactance capacitive était présente dans le circuit, sa valeur serait soustraite du terme de réactance inductive.
Un déphasage peut être tracé dans un diagramme vectoriel montrant une impédance de série, Z, sa partie réelle Rs (résistance série), sa partie imaginaire jXs (réactance série) et l'angle de phase θ.
ω = 2πf
Figure 1 . Un ensemble de diagrammes vectoriels
Lorsqu'il y a une inductance ou une capacité dans un circuit, la tension et le courant sont déphasés.
Inductance - La tension aux bornes de l'inducteur est maximale lorsque le taux de variation du courant est le plus élevé. Pour une forme d'onde AC (sinusoïdale), il s'agit du point où le courant réel est nul. La tension appliquée à un inducteur atteint sa valeur maximale un quart de cycle avant le courant , et la tension est dite conduire le courant de 90 o .
Capacité - Le courant traversant le condensateur est directement proportionnel à la valeur du condensateur lui-même (les condensateurs de grande valeur se chargent plus lentement) et est directement proportionnel à la variation de la tension du condensateur dans le temps. Le courant appliqué à un condensateur atteint sa valeur maximale un quart de cycle avant la tension; le courant conduit la tension par 90 o. à travers le condensateur.
Équivalences séries et parallèles
Quels paramètres doivent être mesurés, en série ou en parallèle? Cela dépend du but de la mesure. Pour les mesures d’inspection et de production entrantes sur des composants passifs, les valeurs de série sont généralement spécifiées dans les normes EIA et MIL. Ces normes spécifient également les fréquences de test et autres conditions de test.
Pour déterminer la valeur DC d'une résistance à l' aide de mesures CA, utilisez des mesures en série de résistances à faible valeur (disons moins de 1k) . utiliser des mesures parallèles de valeurs élevées. Dans la plupart des cas, cela évite les erreurs dues à l'inductance en série et à la capacité localisée parallèle. Utilisez également une fréquence de test faible. Notez que, parfois, une mesure CA peut donner une valeur CC meilleure qu'une mesure CC car la tension thermique et les erreurs de dérive sont évitées et la sensibilité de la mesure peut être plus élevée.
Dans les autres cas où des mesures parallèles sont préférables, il faut mesurer des valeurs de capacité très faibles, effectuer des mesures sur des matériaux diélectriques et magnétiques et, bien sûr, essayer de déterminer les valeurs séparées de deux composants en parallèle. Très souvent, le D d'un condensateur est inférieur à 0,01, de sorte qu'il ne fait aucune différence, car la différence entre les valeurs série et parallèle est inférieure à 0,01%. De même, le Q d'une résistance est généralement inférieur à 0,01, ce qui permet de mesurer la quantité de résistance.
Un circuit équivalent pour cette impédance mettrait Rs et Xs en série, d'où l' indice 's' .
L'inverse de Z est l'admittance (Y), qui est aussi un nombre complexe ayant une partie réelle Gp (conductance parallèle) et une partie imaginaire jBp ( susceptance parallèle) avec un angle de phase φ.
Pour une liste complète des termes et équations d'impédance, veuillez vous reporter à la page 65. .
La résistance, R, peut être spécifiée par un seul nombre réel et l'unité est l'Ohm (Ω). La conductance, G, d'un appareil est l'inverse de sa résistance: G = 1 / R. L'unité de conductance est le Siemen (anciennement Mho, «Ohm» épelé à l'envers).
Pour le courant alternatif, le rapport entre la tension et le courant est un nombre complexe, car les tensions et les courants alternatifs ont une phase et une amplitude. Ce nombre complexe est appelé impédance, Z, et est la somme d'un nombre réel, R, et d'un nombre imaginaire, jX , (où j = -1). Ainsi, Z = R + jX . La partie réelle est la résistance AC et la partie imaginaire est la réactance. Les deux ont des unités d'Ohms.
La réactance existe en deux types, inductive et capacitive. La réactance d’un élément inductif est L, où L est son inductance et = 2πf (où f = fréquence). La réactance d'un élément capacitif est négative, -1 / C, où C est sa capacité. Le signe négatif se produit car l'impédance d'un condensateur pur est 1 / j C et 1 / j = -j.
Étant donné que l'impédance de deux appareils en série est la somme de leurs impédances distinctes, considérez une impédance comme la combinaison en série d'une résistance idéale et d'un condensateur ou inducteur idéal. C'est le circuit en série équivalent d' une impédance comprenant une résistance série équivalente et une capacité ou une inductance série équivalente. En utilisant l'indice s pour les séries, nous avons:
Pour un réseau ayant plusieurs composants, les valeurs des éléments du circuit équivalent changent avec la fréquence. Cela vaut également pour les valeurs des éléments inductifs et capacitifs du circuit équivalent d'un composant unique et réel (bien que les modifications soient généralement très faibles).
L'impédance est représentée, à toute fréquence spécifique, par un circuit équivalent. Les valeurs de ces éléments ou paramètres dépendent de la représentation utilisée, série ou parallèle, sauf lorsque l'impédance est purement résistive ou purement réactive. Dans de tels cas, un seul élément est nécessaire et les valeurs des séries ou des parallèles sont les mêmes.
L’admission, Y, est l’inverse de l’impédance comme indiqué dans l’équation 2:
C'est aussi un nombre complexe, ayant une partie réelle, la conductance AC, et une partie imaginaire, la susceptance B. Étant donné que les admittances d'éléments parallèles sont ajoutées, Y peut être représenté par une combinaison parallèle d'une conductance idéale et d'une susceptance , cette dernière étant soit une capacité idéale, soit une inductance idéale. En utilisant l'indice p pour les éléments parallèles, nous avons l'équation 3:
En général, Gp n'est pas égal à 1 / Rs et Bp n'est pas égal à 1 / Xs (ou -1 / Xs) comme on peut le voir d'après le calcul de l'équation 4.
Donc Gp = 1 / Rs seulement si Xs = 0, ce qui n’est le cas que si l’impédance est une résistance pure; et Bp = -1 / Xs (notez le signe moins) seulement si Rs = 0, c'est-à-dire que l'impédance est une capacité ou une inductance pure.
Deux autres grandeurs, D et Q, sont des mesures de la "pureté" d’un composant, c’est-à-dire de la proximité de l’idéal ou de la résistance ou de la réactance. D, le facteur de dissipation, est le rapport entre la partie réelle de l'impédance, ou admittance, et la partie imaginaire. Q, le facteur de qualité, est l'inverse de ce ratio, comme illustré dans l'équation 5.
Une discussion approfondie sur l' histoire des mesures d'impédance par Henry P. Hall est un autre article bien écrit sur le sujet des mesures d'impédance.