LCRメーター - インピーダンスに関する情報

LCRメーターの選択 LCRメーターとは何ですか? GenRad LCRメーター

インピーダンスとは何ですか?

電気インピーダンス (Z)は、回路が交流に与える全体的な反対である。インピーダンスは、回路内のコンポーネントと印加されたACの周波数に応じて変化します。インピーダンスには、 抵抗(R)、誘導リアクタンス(X L )、容量性リアクタンス(X C )があります。単に抵抗、誘導リアクタンス、容量性リアクタンスの代数和ではありません。誘導性リアクタンスと容量性リアクタンスは抵抗と90 °位相がずれているため、その最大値は異なる時間に発生します。従って、ベクトルの加算は、インピーダンスを計算するために使用されなければならない。

DCによって供給される回路において、抵抗は、結果として生じる電流(I)に対する印加電圧(V)の比である。これはオームの法則です。

 

交流は、その極性を規則的に反転させる。   AC回路が抵抗のみを含む場合、回路抵抗はオームの法則によっても決定される。

しかし、AC回路にキャパシタンスおよび/またはインダクタンスが存在すると、それらは電圧および電流の位相をずらす原因となる。したがって、オームの法則は、抵抗にインピーダンス(Z)を代入することによって修正する必要があります。オームの法則は次のようになります。Z = V / I、ここでZは複素数です。

Zは複素数である。すなわち、それは実数成分(R)および虚数成分( jX )を有する。虚数成分は、AC波形上の任意の点を表す。

位相シフト

抵抗は常に電圧と同位相です。したがって、位相シフトは常に抵抗線に関係します。回路が誘導性リアクタンスに対してより大きな抵抗を有する場合、インピーダンス線は抵抗線(X軸)に向かって移動し、位相シフトは減少する。 回路が抵抗に対してより大きな誘導性リアクタンスを生成すると、インピーダンス線は誘導性リアクタンス線(Y軸)に向かってシフトし、位相シフトが増加する。

抵抗と誘導性リアクタンスを持つ回路のインピーダンスは、次の式を使用して計算できます。容量性リアクタンスが回路に存在する場合、その値は二乗する前にインダクタンス項に加算されます。

回路の位相角は、以下の式を使用して計算することができます。容量性リアクタンスが回路に存在する場合、その値は誘導性リアクタンス項から差し引かれます。

 位相シフトは、直列インピーダンスZ、その実部Rs (直列抵抗)、虚数部jXs (直列リアクタンス)、および位相角θを示すベクトル図で描くことができます。  

ω=2πf

1   ベクトル図の集合

回路内にインダクタンスまたはキャパシタンスのいずれかが存在する場合、電圧と電流は逆位相になります。

インダクタンス - インダクタの両端の電圧は、電流の変化率が最大のときに最大になります。 AC(正弦波)波形の場合、これは実際の電流がゼロである点にあります。インダクタに印加される電圧は、電流流れ出す前の4分の1サイクルの間に最大値に達し、電圧は電流を90 oまで導くと言われています。

キャパシタンス - コンデンサを流れる電流は、コンデンサ自体の値に直接比例します(高値コンデンサの充電が遅くなります)、時間の経過とともにコンデンサ電圧の変化に正比例します。コンデンサに印加される電流は、電圧の1/4サイクル前に最大値に達します。電流は、コンデンサを90 °通過させる。

シリーズ対パラレル等価

どのパラメータを測定するか、直列または並列のパラメータですか?測定の目的によって異なります。    受動部品の受入検査および生産測定の場合、通常、シリーズ値はEIAおよびMIL規格で規定されています。   これらの規格はまた、試験頻度および他の試験条件を特定する。

AC測定を使用して抵抗の DC値を求めるには、低値の抵抗(たとえば1k以下)の直列測定を使用します。高値のパラレル測定を使用します。   ほとんどの場合、直列インダクタンスと並列集中容量による誤差を避けることができます。   また、低いテスト周波数を使用してください。   熱電電圧とドリフト誤差が回避され、測定感度が高くなる傾向があるため、AC測定ではDC測定よりも正しいDC値が得られることがあります。

パラレル測定が好まれる他の場合は、誘電体および磁性材料の測定時に非常に低い容量値を測定する場合、およびもちろん2つの成分の別々の値を並行して決定しようとする場合です。    非常に頻繁にコンデンサのDは.01未満であり、直列値と並列値との差が0.01%未満であるため測定される差異は生じない。   同様に、抵抗器のQは、一般に.01未満であるため、いずれの抵抗器も測定することができる。

このインピーダンスの等価回路は、 RsとXsを直列にして、 添え字 's'をつけます。  

                         

Zの逆数は、位相角φと実部Gpを (並列コンダクタンス)と虚部JBP(平行サセプタンス有する複素数であるアドミタンス(Y)、です。  

                

インピーダンス用語と式の完全なリストは、 65ページを参照してください。

抵抗Rは1つの実数で指定でき、単位はOhm(Ω)です。   デバイスのコンダクタンスGは、その抵抗の逆数です.G = 1 / Rです。   コンダクタンスの単位はSiemen (以前のmho、 'Ohm'は後ろに綴られています)です。  

ACの場合、電圧と電流の比は複素数になります。これは、AC電圧と電流が位相と振幅を持つためです。    この複素数はインピーダンスZと呼ばれ、実数Rと虚数jX (ここで、j = -1)の和です。   従って、Z = R + jXである  実部は交流抵抗、虚部はリアクタンスです。   両方ともオームの単位を持っています。

リアクタンスには誘導性と容量性の2種類があります。   誘導素子のリアクタンスはLであり、Lはインダクタンスであり、    =2πf(ここで、f =周波数)。   容量性要素のリアクタンスは負であり、-1 / Cであり、ここでCはキャパシタンスである。   負の符号は、純粋なコンデンサのインピーダンスが1 / j Cと1 / j = -jであるために発生します。

直列に接続された2つのデバイスのインピーダンスはそれぞれのインピーダンスの合計であるため、理想的な抵抗と理想的なコンデンサまたはインダクタの直列接続としてインピーダンスを考慮しください。   これは、等価直列抵抗および等価直列容量またはインダクタンスを含むインピーダンスの直列等価回路である  シリーズの添字sを使用すると、次のようになります。

多くのコンポーネントを有するネットワークの場合、等価回路の要素値は周波数と共に変化する。   これは、単一の実際の構成要素の等価回路の誘導性要素と容量性要素の両方の値にも当てはまります(変更は通常非常に小さいものの)。

インピーダンスは、任意の特定の周波数で、等価回路によって表される。これらの要素またはパラメータの値は、インピーダンスが純粋に抵抗性であるかまたは純粋に反応性である場合を除いて、直列または並列のどちらの表現が使用されるかに依存する。そのような場合には、1つの要素のみが必要であり、その直列または並列の値は同じである。

アドミタンスYは、式2に示すインピーダンスの逆数です。

これも複素数であり、実数部、ACコンダクタンスG、虚数部のサセプタンス Bを持ちます。   並列要素のアドミタンスが追加されるので、Yは、理想コンダクタンスとサセプタンスの並列結合によって表すことができます。ここで、後者は理想容量または理想インダクタンスです。   並列要素に添字pを使用すると、式3が得られます。

式(4)の計算からわかるように、一般に、 Gpは1 / Rsに等しくなく、Bpは1 / Xs(または-1 / Xs)に等しくない。   

従って、 Gp = 1 / Rsは、Xs = 0の場合のみであり、インピーダンスが純抵抗である場合にのみ当てはまる。 Rs = 0、すなわちインピーダンスが純粋な静電容量またはインダクタンスである場合に限り、Bp = -1 / Xs(マイナス記号に注意)。

他の2つの量、DおよびQは、構成要素の「純度」の尺度、すなわち理想に近づくかまたは抵抗またはリアクタンスのみを含むかの尺度である。   Dは、虚数部に対するインピーダンスの実数部またはアドミッタンスの比です。 Qは品質係数であり、式5に示すようにこの比率の逆数です。



ヘンリー・P・ホールによるインピーダンス測定の歴史の深い議論は、インピーダンス測定の話題に関するもう1つのよく書かれた記事です。



LCRメーターの選択 LCRメーターとは何ですか? GenRad LCRメーター