Сопротивление против импеданса?

Диаграмма!

Это для комплексного импеданса:

$Z = R + \dfrac{1}{j \omega C}$

Сопротивление$R$находится в фазе с приложенным напряжением, поэтому вектор указывает в том же направлении X. Полное сопротивление конденсатора почти полностью реактивное, т. е. его резистивная часть намного меньше, чем сопротивление.$\dfrac{1}{j \omega C}$. $j$вызывает$\theta$= поворот на 90°, а поскольку$j$знак равно$\sqrt{-1}$) в знаменателе угол отрицательный$\left( \dfrac{1}{j} = -j \right)$.
Для расчета тока$I = \dfrac{U}{Z}$, заметим, что при делении на импеданс с углом$\theta$мы вычитаем угол из нашей ссылки, так что знак угла инвертируется.
Результат показывает, как для емкостной нагрузки ток опережает напряжение на угол$\theta$, куда$0 \le \theta \le 90°$.
Для индуктивных нагрузок можно нарисовать аналогичную диаграмму, только$j \omega L$точки в направлении, противоположном$\dfrac{1}{j \omega C}$, и ток будет следовать за напряжением.

редактировать (после редактирования вопроса)
Таким образом, сопротивление приведет к тому, что ток будет в фазе с напряжением. Если есть воображаемый термин (т.$j$), тогда этот термин представляет собой реактивное сопротивление, емкостное или индуктивное, и

Сопротивление + реактивное сопротивление = импеданс

В идеальном мире, если бы у вас не было конденсаторов или катушек, у вас не было бы и реактивного сопротивления. Но цепь может иметь паразитный импеданс: длина дорожки печатной платы будет вызывать индуктивное сопротивление (она ведет себя как катушка), а две соседние дорожки будут иметь емкостное сопротивление (они ведут себя как конденсатор). Паразитные импедансы возникают непреднамеренно и в большинстве случаев доставляют неудобства, хотя иногда разработчик может их использовать с пользой.
Вы можете измерить полное сопротивление компонентов с помощью RLC-метра , который даст вам сопротивление последовательно или параллельно с реактивным сопротивлением (индуктивным или емкостным).
Реактивное сопротивление будет отображаться как фазовый сдвиг напряжения или тока. Этот фазовый сдвиг можно показать на осциллографе в режиме XY; нулевой фазовый сдвиг покажет прямую линию, фазовый сдвиг на 90 ° покажет круг, все, что между ними, даст вам эллипс.

Вот диаграмма импеданса:

В основном импеданс состоит из двух вещей: реактивного сопротивления и сопротивления , что делает сопротивление подмножеством импеданса.

Чтобы упростить расчеты, мы используем комплексные числа для выражения импеданса. Таким образом, мы можем иметь импеданс$Z=R+jX$, куда$R$это сопротивление,$j$это мнимое число и$X$это реактивное сопротивление. Если мы немного подумаем о комплексных числах, мы увидим, что ноль является допустимым значением для$X$. В этом случае у нас есть только сопротивление и нет реактивного сопротивления. Не будет ошибкой сказать, что чисто резистивная нагрузка имеет импеданс, потому что импеданс состоит из сопротивления и реактивного сопротивления, но кажется, что со временем термин импеданс стал подразумевать наличие некоторого реактивного сопротивления.

Другая проблема с термином « импеданс» заключается в том, что он в основном используется для цепей переменного тока, и по какой-то причине люди обычно сначала подвергаются воздействию цепей постоянного тока. Причина, по которой импеданс не используется для цепей постоянного тока, заключается в природе реактивного сопротивления. В основном для реактивного сопротивления у нас есть 3 случая: когда реактивное сопротивление равно нулю, когда оно положительное и когда оно отрицательное.

В случаях положительного реактивного сопротивления мы имеем в основном индуктивный импеданс, и формула для импеданса$Z=R+j \omega L$, куда$\omega=2 \pi f$угловая частота и$L$- индуктивность элемента. При постоянном токе частота равна нулю, поэтому мнимая часть импеданса тоже равна нулю, что дает нам только сопротивление. Поскольку сопротивление часто значительно ниже реактивного сопротивления, считается, что идеальная катушка имеет нулевое сопротивление, а в цепях постоянного тока — короткое замыкание.

В случаях отрицательного реактивного сопротивления мы имеем в основном емкостное сопротивление, и формула для импеданса:$Z=R+ \frac{-j}{\omega C}=R-\frac{j}{\omega C}$. В цепях постоянного тока, когда частота приближается к нулю, реактивное сопротивление приближается к бесконечности, и по этой причине идеальные конденсаторы моделируются как разомкнутая цепь в цепях постоянного тока.

Есть также обратная величина импеданса, называемая допуском. Это в основном$Y=Z^{-1}=G+jB$, куда$G=\frac{R}{R^2+X^2}$проводимость и$B=\frac{-X}{R^2+X^2}$восприимчивость.

ОБНОВЛЕНИЕ К сожалению, я не настолько продвинут, поэтому я не могу дать вам хороший ответ на обновление. В основном каждая часть схемы действует как комбинация резистора, катушки индуктивности и конденсатора. Можно рассчитать индуктивность отрезка провода, например, используя закон Био-Савара или закон Гаусса .

Емкость, среди прочего, может быть рассчитана с использованием закона Гаусса для электрического поля или закона Кулона . Основная идея состоит в том, чтобы принять на себя некоторый заряд$Q$на теле и используя один из двух законов, которые я упомянул для описания электрического поля, чтобы получить потенциал тела относительно точки в бесконечности. После этого емкость можно найти по формуле$C= \frac{Q}{V}$.

Насколько мне известно, сегодня существуют программы проектирования электроники, которые способны автоматически рассчитывать индуктивность и емкость дорожек печатной платы по самой разводке печатной платы. Приведенные мной законы работают, но рассчитать индуктивность и емкость дорожек на печатной плате было бы довольно сложно.

ОБНОВЛЕНИЕ 2

Реактивное сопротивление можно измерять с помощью нескольких типов приборов, в зависимости от ожидаемых значений, требуемой точности и того, какой тип прибора проще использовать в конкретной цепи.

Вы можете, например, использовать «простой» мультиметр для измерения емкости и индуктивности дорожки. Для получения лучших результатов можно использовать специальный тип мультиметра, называемый RLCmeter. Он покажет точное сопротивление и реактивное сопротивление на заданной частоте, а самые лучшие модели смогут отображать индуктивность и емкость. Это удобно, потому что в некоторых ситуациях может быть важно эквивалентное последовательное сопротивление, например, конденсатора, и его нельзя измерить простым мультиметром.

В некоторых случаях можно даже использовать осциллограф, чтобы увидеть реактивное сопротивление. Реактивное сопротивление будет влиять на сигналы, проходящие через дорожку, и такие эффекты можно обнаружить с помощью осциллографа, а затем определить реактивное сопротивление по воздействию на цепь.

Что касается преднамеренной части, то индуктивность и емкость - это естественные явления, они неизбежны и всегда будут происходить. В некоторых схемах разработчик может обратить на них особое внимание, поскольку они могут изменить способ распространения сигнала по трассе. Это особенно распространено в современной высокочастотной цифровой электронике. С другой стороны, в некоторых схемах (например, низкочастотная цифровая электроника, системы только постоянного тока и т. д.) разработчику может не потребоваться уделять много внимания реактивному сопротивлению, и он может просто «позволить этому произойти».