Empedans nedir?
Elektriksel empedans (Z) , bir devrenin alternatif akıma sunduğu toplam muhalefettir. Empedans devredeki bileşenlere ve uygulanan AC frekansına göre değişir. Empedans, direnç (R), endüktif reaktans (X L ) ve kapasitif reaktans (X C ) içerebilir. Direnç, endüktif reaktans ve kapasitif reaktansın sadece cebirsel toplamı değildir. Maksimum değerler, farklı zamanlarda meydana böylece Endüktif reaktans ve kapasitif reaktansı direnci ile faz dışı 90 o vardır. Bu nedenle, empedansı hesaplamak için vektör ilavesi kullanılmalıdır.
DC tarafından beslenen bir devrede, direnç uygulanan voltajın (V) ortaya çıkan akıma (I) oranıdır. Bu Ohm Yasası.
Alternatif bir akım polaritesini düzenli olarak tersine çevirir. Bir AC devresi sadece direnç içeriyorsa, devre direnci de Ohm Yasası tarafından belirlenir.
Bununla birlikte, bir AC devresinde kapasitans ve / veya endüktans mevcut olduğunda, voltaj ve akımın faz dışı olmasına neden olurlar. Bu nedenle, Ohm yasası, direnç için empedansın (Z) değiştirilmesiyle değiştirilmelidir. Ohm Yasası olur: Z = V / I, burada Z karmaşık bir sayıdır.
Z karmaşık bir sayıdır; Yani, gerçek bir bileşeni (R) ve hayali bir bileşeni ( jX ) vardır. Hayali bileşen, AC dalga formundaki herhangi bir noktayı temsil eder.
Faz değişimi
Direnç, voltaj ile daima faz içidir. Bu nedenle, bir faz kayması her zaman direnç çizgisine göredir. Devrenin endüktif reaktansa göre daha fazla direnci olduğunda, empedans çizgisi direnç çizgisine (X ekseni) doğru hareket eder ve faz kayması azalır. Devre, rezistansa göre daha fazla endüktif reaktans ürettiğinde, empedans çizgisi indüktif reaktans hattına (Y ekseni) doğru kayar ve faz kayması artar.
Direnç ve endüktif reaktanslı bir devrede empedans aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanabilir. Devredeki kapasitif reaktans mevcut ise, kareden önce indüktans terimine değeri eklenir.
Devrenin faz açısı aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanabilir. Devrede kapasitif reaktans varsa, değeri endüktif reaktans teriminden çıkarılır.
Bir dizi empedansı, Z, gerçek kısmı Rs (seri direnç), onun hayali kısmı jXs (seri reaktansı) ve faz açısı showing gösteren bir vektör diyagramında bir faz kayması çizilebilir.
ω = 2πf
şekil 1 . Vektör Diyagramları Bir Dizi
Bir devrede indüktans veya kapasitans olduğunda, voltaj ve akım faz dışıdır.
Endüktans - Akımın değişim oranı en yüksek olduğunda indüktördeki voltaj maksimumdur . Bir AC (sinüsoidal) dalga formu için, bu, gerçek akımın sıfır olduğu noktadadır. Bir indüktör uygulanan gerilim akım yok önce maksimum değeri çeyrek döngüsü ulaşır, ve gerilim 90 o geçerli neden olduğu söylenir.
Kapasitans - Kondansatörden geçen akım, kondansatörün kendisiyle doğru orantılıdır (yüksek değerli kapasitörler daha yavaş şarj edilir) ve zaman içinde kapasitör voltajındaki değişiklik ile doğru orantılıdır. Bir kapasitöre uygulanan akım, maksimum değerine voltajdan önceki çeyrek döngüsüne ulaşır; akım, kapasitörün karşısında voltajı 90 o kadar artırır.
Hangi ölçülmelidir, seri veya paralel parametreler? Bu ölçümün amacına bağlıdır. Pasif bileşenler üzerindeki gelen muayene ve üretim ölçümleri için genellikle seri değerleri EIA ve MIL standartlarında belirtilmiştir. Bu standartlar ayrıca test frekanslarını ve diğer test koşullarını da belirtir.
AC ölçümleri kullanarak bir direncin DC değerini belirlemek için, düşük değerli dirençlerin seri ölçümlerini kullanın ( 1k'ın altında ) ; yüksek değerli olanların paralel ölçümlerini kullanır. Çoğu durumda, bu seri indüktans ve paralel lumped kapasite nedeniyle hataları önler. Ayrıca, düşük bir test frekansı kullanın. Bir AC ölçümünün doğru DC değerini bir DC ölçümden daha iyi verebileceğini unutmayın, çünkü termal voltaj ve kayma hataları önlenir ve ölçüm hassasiyeti daha yüksek olur.
Paralel ölçümlerin tercih edildiği diğer durumlar, çok düşük kapasitans değerleri ölçülürken, dielektrik ve manyetik materyaller üzerinde ölçüm yapılırken ve tabii ki, paralel olarak iki bileşenin ayrı değerlerini belirlemeye çalışırken. Sıklıkla bir kondansatörün D değeri .01'den daha küçüktür, bu yüzden ölçülen ve seri arasındaki fark% 0,01'den daha az olduğu için ölçülen herhangi bir fark yaratmaz. Benzer şekilde, bir direncin Q değeri genellikle .01'den daha azdır, böylece her iki direnç miktarı da ölçülebilir.
Bu empedans için bir eşdeğer devre Rs ve Xs serisini, dolayısıyla abonenin ' koyacağını belirtti.
Z'nin karşılığı , aynı zamanda gerçek bir Gp (paralel iletkenlik) ve bir faz açısı φ olan bir hayali bölüm ( jBp (paralel susuzluk )) olan karmaşık bir sayı olan Kabul (Y) dir.
Empedans Şartlar ve Denklem tam listesi için, Page 65 bakın .
Direnç, R, tek bir gerçek sayı ile belirlenebilir ve birim Ohm (Ω) 'dir. Bir cihazın iletkenliği (G), direncinin karşıtıdır: G = 1 / R. İletkenlik birimi Siemendir (eskiden 'Oh,' geriye doğru yazılmıştır).
AC için, voltajın akıma oranı karmaşık bir sayıdır çünkü AC voltajları ve akımları fazın yanı sıra büyüklüğe sahiptir. Bu karmaşık sayıya empedans (Z) denir ve gerçek bir sayı olan R ve hayali olanın ( jX) toplamıdır (burada j = -1). Böylece, Z = R + jX . Gerçek kısım AC direncidir ve hayali kısım reaktanstır. İkisinin de Ohm birimleri var.
Reaktans iki tipte, endüktif ve kapasitif olarak gelir. Bir endüktif elemanın reaktansı L'dir, burada L indüktansıdır ve = 2πf (burada f = frekans). Bir kapasitif elemanın reaktifi, C'nin kapasitansı olduğu, negatif olan -1 / C'dir. Negatif işaret, saf kapasitörün empedansının 1 / j C ve 1 / j = -j olması nedeniyle oluşur.
Serideki iki cihazın empedansı, ayrı empedanslarının toplamı olduğundan, ideal direnç ve ideal bir kapasitör veya indüktörün seri kombinasyonu olarak bir empedansı düşünün. Bu, bir eşdeğer seri direnç ve bir eşdeğer seri kapasitans veya endüktans içeren bir empedansın seri eşdeğer devresidir. Dizinin alt dizinini kullanarak şunları elde ederiz:
Birçok bileşene sahip bir ağ için eşdeğer devrenin eleman değerleri frekans ile değişir. Bu aynı zamanda, tek, gerçek bir bileşenin eşdeğer devresinin hem endüktif hem de kapasitif elemanlarının değerleri için de geçerlidir (değişikliklerin genellikle çok küçük olmasına rağmen).
Empedans, belirli bir frekansta, eşdeğer bir devre ile temsil edilir. Bu elemanların veya parametrelerin değerleri, empedansın tamamen dirençli veya tamamen reaktif olduğu durumlar hariç, hangi gösterimin kullanıldığı, seri veya paralel bağlıdır. Bu gibi durumlarda sadece bir eleman gereklidir ve seri veya paralel değerler aynıdır.
Admittance, Y, denklem 2'de gösterildiği gibi empedansın karşılığıdır:
Bu, gerçek bir parçası olan AC iletkenliği G ve hayali bir parçası olan b'nin karmaşık bir sayıdır . Paralel elemanların kabulleri eklendiğinden, Y, ideal bir iletkenlik ve bir kabulün paralel bir kombinasyonu ile temsil edilebilir , burada, ya ideal bir kapasitans ya da ideal bir endüktanstır. Paralel elemanlar için p altdizini kullanarak denklem 3'e sahibiz:
Genel olarak Gp , 1 / Rs'ye eşit değildir ve Bp, denklem 4'teki hesaplamadan görülebileceği gibi 1 / Xs (veya -1 / Xs) değerine eşit değildir.
Dolayısıyla Gp = 1 / Rs sadece Xs = 0 ise, bu sadece empedansın saf bir direnç olması durumunda geçerlidir; ve Bp = -1 / Xs (eksi işaretini not edin) sadece Rs = 0 ise, yani empedans saf kapasitans veya indüktanstır.
Diğer iki miktar, D ve Q, bir bileşenin "saflığı" nın, yani ideal olma ya da sadece direnç ya da reaktansı ihtiva etmenin ne kadar yakın olduğunun ölçüsüdür. D, yayılma faktörü, empedansın gerçek bölümünün veya kabulün, hayali bölüme oranıdır. Q, kalite faktörü, denklem 5'te gösterilen bu oranın tersidir.
Empedans Ölçümleri Tarihi'nin Henry P. Hall tarafından derinlemesine bir tartışması, empedans ölçümleri konusuna dair iyi yazılmış bir başka makaledir.