Impedance

Elektrická impedance je velikost odporu, který obvod klade změně proudu nebo napětí.

Dva hlavní způsoby zápisu impedance jsou: (viz 2. obrázek, "komplexní impedanční rovina")

1. s odporem "R" (reálná část) a reaktancí "X" (imaginární část), například Z = 1 + 1 j {\displaystyle Z=1+1j}
2. s velikostí a fází (velikost | Z | {\displaystyle \left\vert Z\right\vert } a úhel ∠ θ {\displaystyle \angle \theta }). ), například Z = 1,4 ∠ 45 ∘ {\displaystyle Z=1,4\angle 45^{\circ }}. (1,4 ohmu pod úhlem 45 stupňů)

Impedance a odpor jsou si dost podobné:

V případě odporu odporuje rezistor jakémukoli proudu, který jím prochází. Čím vyšší je odpor, tím vyšší napětí je potřeba k dosažení daného proudu. Vzorec je následující:

V = R ∗ I {\displaystyle V=R*I} , kde V je napětí, R je odpor a I je proud.

V případě impedance odolává induktor změnám proudu a kondenzátor změnám napětí.

Klíčovým rozdílem mezi odporem a impedancí je slovo "změna", rychlost změny ovlivňuje impedanci. Obvykle se "změna" vyjadřuje jako frekvence, tedy kolikrát za sekundu se změní směr proudu nebo napětí. Vzorce jsou následující:

Pro induktor: Z = j 2 π f L {\displaystyle Z=j2\pi fL\,}

Pro kondenzátor: Z = 1 j 2 π f C {\displaystyle Z={\frac {1}{j2\pi fC}}}

Kde Z je symbol pro impedanci, j je imaginární číslo - 1 {\displaystyle {\sqrt {-1}}} , π {\displaystyle \pi } je konstanta pi, f je frekvence, L je indukčnost a C je kapacita. Jednotky pro odpor a impedanci jsou stejné, ohm se symbolem Ω {\displaystyle \Omega }. (velká omega).

Jak vyplývá z výše uvedených vzorců, impedance se mění v závislosti na frekvenci, například při frekvenci nula Hertzů nebo stejnosměrném proudu je impedance induktoru nulová, tedy stejná jako při zkratu, a impedance kondenzátoru je nekonečná, tedy stejná jako při otevřeném obvodu. Většina signálů je součtem mnoha sinusových vln o různých frekvencích (podrobněji viz Fourierova transformace) a každá z nich má jinou impedanci.

Podobně jako u odporu platí, že čím vyšší je impedance, tím vyšší napětí je třeba k dosažení daného proudu. Vzorec je následující:

V = Z ∗ I {\displaystyle V=Z*I} , kde V je napětí, Z je impedance a I je proud.

Na fyzické úrovni zjednodušuje mnoho věcí:

• odpor je způsoben srážkami elektronů s atomy uvnitř rezistorů.
• impedance v kondenzátoru je způsobena vytvořením elektrického pole.
• impedance v induktoru je způsobena vytvořením magnetického pole.

Důležitý rozdíl mezi odporem a impedancí je ten, že rezistor energii rozptyluje, zahřívá se, ale induktor a kondenzátor energii uchovávají a mohou ji po poklesu vrátit zpět do zdroje.

Pokud není impedance zdroje, kabelu a zátěže stejná, část signálu se odráží zpět ke zdroji, čímž dochází k plýtvání energií a rušení. Poměr odrazu lze vypočítat pomocí:

Γ = Z L - Z S Z L + Z S {\displaystyle \Gamma ={Z_{L}-Z_{S} \over Z_{L}+Z_{S}}}} kde Γ {\displaystyle \Gamma } (velká gama) je koeficient odrazu, Z S {\displaystyle Z_{S}} je impedance zdroje, Z L {\displaystyle Z_{L}} je impedance zátěže.

Každé prostředí, které může mít vlnění, má vlnovou impedanci, dokonce i prázdný prostor (světlo je elektromagnetické vlnění a může se pohybovat v prostoru) má impedanci přibližně 377 Ω {\displaystyle \Omega }. .

Fáze

Přes rezistor jde napětí i proud současně nahoru i dolů, říká se, že jsou ve fázi, ale u impedance je to jinak, napětí je posunuto o 1/4 vlnové délky za proud v kondenzátoru a dopředu v induktoru.

Vlnová délka 1/4 se obvykle znázorňuje imaginárním číslem "j", které je rovněž ekvivalentní posunu o 90 stupňů.

Použití imaginárního čísla "j" značně zjednodušuje matematiku, umožňuje vypočítat celkovou impedanci stejně jako u rezistorů, například rezistor plus impedance v sérii je R+Z a paralelně je to (R*Z)/(R+Z).

Na kondenzátoru (nahoře) se napětí (červeně) mění po proudu (modře), na induktoru (dole) je to předtím. Fázový rozdíl mezi napětím a proudem je 1/4 vlnové délky.

Otázky a odpovědi

Otázka: Co je to elektrická impedance?

Otázka: Jak lze zapsat elektrickou impedanci?

Otázka: Jaký je rozdíl mezi odporem a impedancí?

Otázka: Jaké jsou některé vzorce spojené s odporem a impedancí?

Otázka: Jaká jsou fyzikální vysvětlení závislosti odporu na impedanci?

Otázka: Jak se vypočítá koeficient odrazu?

Hledání podle dopisu