Trở kháng là gì?
Trở kháng điện (Z) , là tổng số đối lập mà một mạch trình bày cho dòng điện xoay chiều. Trở kháng thay đổi theo các thành phần trong mạch và tần số của AC được áp dụng. Trở kháng có thể bao gồm điện trở (R), điện trở cảm ứng (X L ) và điện kháng (X C ) . Nó không chỉ đơn giản là tổng đại số của điện trở, phản ứng cảm ứng và điện kháng. Phản ứng cảm ứng và điện dung phản kháng là 90 o ngoài pha với điện trở, do đó giá trị cực đại của chúng xuất hiện tại các thời điểm khác nhau. Do đó, việc thêm vectơ phải được sử dụng để tính toán trở kháng.
Trong một mạch được cung cấp bởi DC, điện trở là tỷ số của điện áp áp dụng (V) cho kết quả dòng điện (I). Đây là Luật của Ohm.
Một dòng xoay chiều thường xuyên đảo chiều cực của nó. Khi một mạch AC chỉ chứa điện trở, điện trở mạch cũng được xác định bởi Định luật Ohm.
Tuy nhiên, khi điện dung và / hoặc điện cảm có mặt trong một mạch AC, chúng gây ra điện áp và dòng điện bị lệch pha. Do đó, định luật Ohm phải được sửa đổi bằng cách thay thế trở kháng (Z) cho điện trở. Định luật Ohm trở thành: Z = V / I, trong đó Z là một số phức.
Z là một số phức; tức là, nó có một thành phần thực (R) và một thành phần ảo ( jX ). Thành phần ảo tượng trưng cho bất kỳ điểm nào trên dạng sóng AC.
Giai đoạn Shift
Điện trở luôn ở pha với điện áp. Do đó, sự dịch chuyển pha luôn luôn liên quan đến đường kháng cự. Khi mạch có điện trở lớn hơn so với điện trở cảm ứng, thì đường trở kháng sẽ di chuyển về phía đường kháng (trục X) và sự dịch chuyển pha giảm. Khi mạch tạo ra phản ứng cảm ứng cao hơn so với điện trở, đường trở kháng dịch chuyển về đường phản ứng cảm ứng (trục Y) và sự dịch chuyển pha tăng lên.
Trở kháng trong mạch có điện trở và điện trở cảm ứng có thể được tính bằng phương trình sau. Nếu điện dung phản ứng có mặt trong mạch, giá trị của nó sẽ được thêm vào thuật ngữ điện cảm trước khi bình phương.
Góc pha của mạch có thể được tính toán bằng phương trình dưới đây. Nếu điện dung phản ứng có trong mạch, giá trị của nó sẽ được trừ đi từ thời gian phản ứng cảm ứng.
Một sự dịch chuyển pha có thể được vẽ trong một sơ đồ vectơ cho thấy trở kháng loạt, Z, phần thực của nó là R (hàng loạt điện trở), các phần jX ảo (chuỗi phản ứng) và góc pha θ.
ω = 2πf
Nhân vật 1 . Một tập hợp các sơ đồ Vector
Khi có điện cảm hoặc điện dung trong mạch điện, điện áp và dòng điện ngoài pha.
Điện cảm - Điện áp trên cuộn cảm là tối đa khi tốc độ thay đổi của dòng điện lớn nhất. Đối với dạng sóng AC (hình sin), đây là điểm mà tại đó dòng điện thực tế bằng không. Điện áp được áp dụng cho một cuộn cảm đạt giá trị tối đa của nó một chu kỳ quý trước khi hiện tại không, và điện áp được cho là dẫn dòng điện 90 o .
Điện dung - Dòng điện chạy qua tụ điện trực tiếp tỉ lệ với giá trị của tụ điện (các tụ điện có giá trị cao sạc chậm hơn), và tỷ lệ thuận với sự thay đổi điện áp tụ điện theo thời gian. Hiện tại áp dụng cho một tụ điện đạt giá trị tối đa của nó một chu kỳ quý trước khi điện áp; hiện tại dẫn điện áp bằng 90 o. vượt qua các tụ điện.
Nên đo, tham số chuỗi hoặc song song nào? Nó phụ thuộc vào mục đích của phép đo. Đối với các phép đo kiểm tra và sản xuất đến các thành phần thụ động thường thì các giá trị chuỗi được quy định trong các tiêu chuẩn EIA và MIL. Các tiêu chuẩn này cũng xác định tần số kiểm tra và các điều kiện thử nghiệm khác.
Để xác định giá trị DC của một điện trở sử dụng các phép đo AC, sử dụng các phép đo chuỗi các điện trở có giá trị thấp (nói dưới 1k) ; sử dụng các phép đo song song của các giá trị cao. Trong hầu hết các trường hợp, điều này tránh được các lỗi do điện cảm chuỗi và điện dung gộp song song. Ngoài ra, hãy sử dụng tần suất kiểm tra thấp. Lưu ý rằng đôi khi một phép đo AC có thể cung cấp giá trị DC chính xác tốt hơn so với phép đo DC vì tránh được lỗi điện áp và trôi dạt và độ nhạy đo lường có thể cao hơn.
Các trường hợp khác khi đo song song được ưu tiên là khi đo các giá trị điện dung rất thấp, khi thực hiện các phép đo trên vật liệu điện môi và từ, và, tất nhiên, khi cố gắng xác định các giá trị riêng biệt của hai thành phần song song. Rất thường D của tụ điện nhỏ hơn 0,01 do đó nó không tạo ra bất kỳ sự khác biệt nào được đo bởi vì sự khác biệt giữa chuỗi và giá trị song song nhỏ hơn 0,01%. Tương tự, Q của điện trở thường nhỏ hơn 0,01 để có thể đo được số lượng điện trở.
Một mạch tương đương cho trở kháng này sẽ đặt Rs và Xs trong series, do đó chỉ số của subscript ' .
Nghịch đảo của Z là Vùng cấm (Y), đó cũng là một số phức có phần thực Gp (dẫn song song) và một phần không thể tưởng tượng JBP (susceptance song song) với φ góc pha.
Để có danh sách đầy đủ các Điều khoản & Phương trình Trở kháng, vui lòng xem Trang 65 .
Kháng, R, có thể được xác định bởi một số thực duy nhất và đơn vị là Ohm (Ω). Độ dẫn điện, G, của một thiết bị là nghịch đảo của điện trở của nó: G = 1 / R. Đơn vị dẫn điện là Siemen (trước đây là mho, 'Ohm' được đánh vần ngược).
Đối với AC, tỷ lệ giữa điện áp và dòng điện là một số phức vì điện áp AC và dòng có pha cũng như độ lớn. Số phức này được gọi là trở kháng, Z và là tổng của một số thực, R và một số ảo, jX , (trong đó j = -1). Như vậy, Z = R + jX . Phần thực sự là điện trở AC và phần ảo là phản ứng. Cả hai đều có các đơn vị của Ohms.
Phản ứng có hai loại, cảm ứng và điện dung. Phản ứng của một nguyên tố cảm ứng là L, trong đó L là điện cảm và = 2πf (trong đó f = tần số). Phản ứng của một phần tử điện dung là âm, -1 / C, trong đó C là điện dung của nó. Dấu âm xảy ra vì trở kháng của tụ điện thuần túy là 1 / j C và 1 / j = -j.
Bởi vì trở kháng của hai thiết bị trong chuỗi là tổng trở kháng riêng biệt của chúng, hãy xem xét trở kháng là sự kết hợp chuỗi của một điện trở lý tưởng và một tụ điện lý tưởng hoặc cuộn cảm. Đây là mạch tương đương loạt của một trở kháng bao gồm một loạt điện trở tương đương và một chuỗi điện dung tương đương hoặc điện cảm. Sử dụng các s subscript cho series, chúng ta có:
Đối với một mạng có nhiều thành phần, các giá trị phần tử của sự thay đổi mạch tương đương với tần số. Điều này cũng đúng với các giá trị của cả phần tử cảm ứng và điện dung của mạch tương đương của một thành phần thực tế (mặc dù các thay đổi thường rất nhỏ).
Trở kháng được biểu diễn, ở bất kỳ tần số cụ thể nào, bằng một mạch tương đương. Các giá trị của các phần tử hoặc tham số này phụ thuộc vào biểu diễn được sử dụng, chuỗi hoặc song song, ngoại trừ khi trở kháng hoàn toàn là điện trở hoặc hoàn toàn phản ứng. Trong những trường hợp như vậy chỉ có một phần tử là cần thiết và chuỗi hoặc giá trị song song giống nhau.
Admittance, Y, là nghịch đảo của trở kháng như được biểu diễn trong phương trình 2:
Nó cũng là một số phức, có phần thực, độ dẫn điện AC, và phần ảo, độ nhạy B. Bởi vì sự thừa nhận của các phần tử song song được thêm vào, Y có thể được biểu diễn bằng một sự kết hợp song song của một độ dẫn lý tưởng và một độ nhạy , nơi mà sau này là một điện dung lý tưởng hoặc một điện cảm lý tưởng. Sử dụng chỉ số p cho các phần tử song song, chúng ta có phương trình 3:
Nói chung, Gp không bằng 1 / Rs và Bp không bằng 1 / Xs (hoặc -1 / Xs) như ta có thể thấy từ phép tính trong phương trình 4.
Do đó Gp = 1 / Rs chỉ khi Xs = 0, đó là trường hợp duy nhất nếu trở kháng là một điện trở thuần; và Bp = -1 / Xs (lưu ý dấu trừ) chỉ khi Rs = 0, nghĩa là trở kháng là điện dung thuần khiết hoặc điện cảm.
Hai đại lượng khác, D và Q, là các thước đo của "độ tinh khiết" của một thành phần, có nghĩa là, nó gần như là lý tưởng hay chỉ chứa kháng hoặc phản ứng. D, hệ số tản, là tỷ số của phần thực của trở kháng, hoặc sự truy nhập, đến phần ảo. Q, hệ số chất lượng, là nghịch đảo của tỷ lệ này như được minh họa trong phương trình 5.
Một cuộc thảo luận sâu sắc về Lịch sử đo lường trở kháng của Henry P. Hall là một bài báo được viết tốt về chủ đề đo lường trở kháng.