交流电路中的电阻和阻抗
交流电路中的电阻
考虑包含交流正弦电压源和未知无源元件 (K) 的电路图。只有当元件 K 两端的电压和流经它的电流同相时,元件 K 才为电阻。
解释
设交流电压方程为
$$\mathrm{v=V_{m}\sin\omega\:t\:\:\:...(1)}$$
由于该电压,交流电流 i 将流过元件。现在,所加电压必须克服元件的压降,即
$$\mathrm{v=i\times\:k}$$
$$\mathrm{\Rightarrow\:i=\frac{v}{k}=\frac{V_{m}\sin\omega\:t}{k}\:\:\:...(2)}$$
当sin(ωt) = 1时,电流值最大。
$$\mathrm{\therefore\:I_{m}=\frac{V_{m}}{K}}$$
因此,方程 (2) 变为:
$$\mathrm{i=I_{m}\sin\omega\:t\:\:\:...(3)}$$
从公式 (1) 和 (3) 可以看出,施加的电压和产生的电流同相。因此,未知元件是电阻,即
$$\mathrm{K=R\:\:\:...(4)}$$
交流电路中的阻抗
如果一个交流电路包含电阻和电抗元件,则电路对电流的总阻碍称为交流电路的阻抗。
它用字母“Z”表示,单位为欧姆 (Ω)。
在数学上,阻抗表示为:
$$\mathrm{阻抗,Z=R+jX\:\:\:...(5)}$$
情况 1 – 串联 RL 电路的阻抗
$$\mathrm{Z=R+jX_{L}=R+j\omega\:L\:\:\:...(6)}$$
情况 2 – 串联 RC 电路的阻抗
$$\mathrm{Z=R+jX_{C}=R-j\frac{1}{\omega\:C}\:\:\:...(7)}$$
情况 3 – 串联 RLC 电路的阻抗
$$\mathrm{Z=R+j(X_{L}-X_{C})=R+j(\omega\:L-\frac{1}{\omega\:C})\:\:\:...(8)}$$
情况 4 – 并联交流电路中的阻抗
对于并联交流电路,阻抗用导纳表示,即
$$\mathrm{阻抗=\frac{1}{导纳}}$$
$$\mathrm{\Rightarrow\:Z=\frac{1}{Y}=\frac{1}{G+jB}\:\:\:....(9)}$$
其中:
G = 1/R,称为电导
B = 1/X,称为电纳