Электроника:Переменный ток/Реактанс и импеданс – R/L/C-цепи/Обзор R, X и Z (сопротивление, реактанс и импеданс)

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 648.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Обзор R, X и Z (сопротивление, реактанс и импеданс)[1]

В этой главе мы рассмотрим, что происходит в цепях переменного тока, в которых одновременно соединены резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы. Но, прежде чем приступим, кратко пробежимся по ключевым терминам.

Сопротивление

Можно сказать, что это в некотором роде трение, которое испытывает электронный поток. В той или иной степени оно характерно для любых проводников (исключение составляют разве что сверхпроводники), особенно в резисторах. Когда переменный ток преодолевает сопротивление, возникает падение напряжения, синфазное с током. Сопротивление математически обозначается буквой «R» и измеряется в омах (Ом).

Реактанс

По сути, это своего рода инерция, возникающая с течением тока. Она присутствует везде, где электрические или магнитные поля распространяются пропорционально приложенному соответственно напряжению или току; особенно это заметно проявляется в конденсаторах и катушках индуктивности.

Когда переменный ток преодолевает чистое реактивное сопротивление, возникает падение напряжения, которое на 90° не совпадает по фазе с током. Реактивное сопротивление математически обозначается буквой «X» и тоже измеряется в омах (Ом).

Импеданс

Это всеобъемлющее выражение любых форм противодействия току, включающее как обычное сопротивление, так и реактивное сопротивление. Импеданс присутствует в любых схемах и во всех компонентах цепи. Когда переменный ток преодолевает полное (обычное + реактивное) сопротивление, возникает падение напряжения, которое по фазе отличается от тока где-то в промежутке от 0° и 90°. Импеданс математически обозначается буквой «Z» и измеряется в омах (Ом), при этом используется комплексная форма записи.

Идеальные резисторы обладают сопротивлением, но в них отсутствует реактивное сопротивление. Идеальные катушки индуктивности и идеальные конденсаторы обладают реактивным сопротивлением, но не имеют обычного сопротивления. Импедансом же обладает любой элемент цепи. В связи с этим универсальным свойством имеет смысл привести все значения компонентов (сопротивление, индуктивность, ёмкость) в общие термины импеданса в качестве первого шага при анализе цепи переменного тока.

Рис. 1. Идеальный резистор, идеальная катушка индуктивности и идеальный конденсатор. Первое что нужно сделать – для каждого элемента определить его импеданс.

Фазовый угол импеданса для любого компонента – это фазовый сдвиг между напряжением на этом компоненте и током, протекающим через этот компонент.

Для идеального резистора падение напряжения и ток всегда совпадают по фазе друг с другом, поэтому угол импеданса резистора считается равным 0°. Для идеального индуктивного элемента падение напряжения всегда опережает ток на 90°, поэтому фазовый угол импеданса индуктора считается равным +90°.

Для идеального конденсатора падение напряжения всегда отстаёт от тока на 90°, поэтому считается, что фазовый угол импеданса конденсатора составляет -90°.

Импедансы при переменном токе ведут себя аналогично сопротивлениям в цепях постоянного тока: они суммируются при последовательном сопротивлении (общий импеданс является суммой последовательных частных импедансов, поэтому он больше чем любой частный импеданс) и уменьшаются при параллельном сопротивлении (общий импеданс вычисляется по обратной формуле, поэтому он меньше чем любой частный импеданс). Видоизменённая «импедансная» версия закона Ома:

Рис.2. Версия закона Ома, где вместо обычного сопротивления используется импеданс.

См.также

Внешние ссылки