何谓阻抗(Impedance).doc

何謂阻抗(Impedance)?電路負載可分成: 電阻R(Resistance) / 電感L(Inductance) / 電容C(Capacitance)阻抗可以用歐姆定律(Omhs Law)來做分析,大部分的電路都可以化減成R/L/C串並聯的等效電路,L/C在直流電路中對電路沒有影響,(L)電感對直流電路而言是一條較長的線路,(C)電容與電路並聯會因為電容充電而延遲信號,所以電阻只會影響(V/I)阻抗實數部份,電感和電容則會影響阻抗虛數部分,所以直流電路的阻抗為電阻.阻抗延伸了交流電路(AC)中對於電阻的概念,在交流信號中不僅只有電壓強度與電流強度的關係,更是要考慮相位(Phase)的問題.電阻/電感/電容三者配合能夠影響交流信號(AC)瞬間的電壓/電流/功率等參數.電感器(Inductor)L 具有阻礙急遽變化的電流(di/dt)流過之作用,在電感器兩端產生的電壓 V 如下式表示:V = L . (di/dt) = jwL . i = Z . i(d/dt)阻抗為 jwL 複數(Complex Number)電容器(Capacitor)C 具有阻礙急遽變化的電壓(dV/dt)加在電路上之作用,加在電容器C 上的電壓 V 與儲存於 C 內之電荷量 Q 之間的關係式如下:Q = C . V 式子兩邊對時間 t 予以微分變成下式:dQ/dt = C . (dV/dt)上式中,左邊為每單位時間之電荷 Q 的變化量,即為電流,可以將上式改寫如下:i = C . (dV/dt) = CV . (d/dt) = jwC . V由上式得知,阻抗 Z 如下式:Z = V/i = V / (jwC . V) = 1/jwC 複數(Complex Number)阻抗為向量(Vector Quantity)電阻的阻抗 Z(R) = R電感的阻抗 Z(L) = jwL電容的阻抗 Z(C) = 1/jwC = -j(1/wC)電阻和電感串聯電路之阻抗 Z = R + jwL = |Z| . (cos + j . sin)電阻和電容串聯電路之阻抗 Z = R + (1/jwC)阻抗為向量,所以電壓變化時的電流變化也是向量.阻抗就是由電阻(Resistance)+電抗(Reactance)所組成,電抗又分成感抗(Inductive Reactance)和容抗(Capacitive Reactance),在 Smith Chart 中以電感性或是電容性來呈現,感抗和容抗都屬於虛部(Imaginary Part).只會出現在交流電路中.阻抗一般以 Z = R + jx 或 Z = R - jX 來表示,電阻(R)是實部(Real Part)而電抗因為是屬於虛部所以用複數(Complex Number)表示法呈現.當我們要在交流電路中某一頻率點上面讓電路得到純電阻,就必須要把複數的電抗處理掉. 要讓電路的阻抗和負載的阻抗得到匹配,當 jX(jwL) 為正數時為感抗,此時必須找出 jX(jwL) 的共軛複數 -jX(1/jwc) 容抗,如此就可以達到共軛匹配,虛部的電抗此時已經互相抵消掉了,剩下實部電阻. 射頻電路的匹配講的就是這一個道理,為何要做電路匹配呢?因為交流電路必須要和負載達到匹配,信號才能完整的轉移到下一級,否則會發生信號反射,信號會沿著原先的路徑返回,信號就不能有效的傳遞到下一級.交流信號當遇到阻抗不連續時產生的反射波會和入射波交互作用,產生駐波.RF 領域常講到 SWR 駐波比,就是指入射波和反射波的關係.交流電路的整條路徑都要盡量的讓阻抗值保持一致,在阻抗不連續的地方會產生反射的現象,盡量