Klíčové poznatky

● Seznamte se se vzorci pro převod kapacity na impedanci.

● Získejte lepší představu o tom, jak se kapacita a impedance vzájemně ovlivňují.

● Zjistěte více o významu impedance při analýze střídavých obvodů.

Kapacitance a její vztah k impedanci

Oblast elektroniky obsahuje různé parametry, které měří, pomáhají a ovlivňují funkčnost i výkon každého elektronického zařízení. Tyto parametry ovlivňují počáteční i konečná rozhodnutí o návrhu.

Parametry jako kapacita a impedance musí zůstat v přijatelných mezích návrhu, jinak ani ten nejpřesnější návrh nezajistí požadovaný funkční výsledek. Kromě toho existují případy, kdy je požadován převod jednoho parametru na ekvivalent jiného. Jeden z takových převodů, jako je převod kapacity na impedanci, je požadavkem podrobné analýzy střídavých obvodů.

Kapacitory a kapacita

Součástkou spojenou s kapacitou je samozřejmě kondenzátor a schopnost systému uchovávat elektrický náboj se nazývá kapacita. Ve fyzice je to poměr změny elektrického náboje v systému vzhledem ke změně jeho elektrického potenciálu. V obou případech je standardní jednotkou kapacity farad.

Tyto pasivní elektronické součástky uchovávají energii ve formě elektrostatického pole. Ve své nejčistší podobě obsahuje kondenzátor dvě vodivé desky oddělené izolačním materiálem zvaným dielektrikum. Kapacita kondenzátoru je přímo úměrná ploše povrchu jeho desek a nepřímo úměrná vzdálenosti mezi těmito deskami. Čistá kapacita však závisí také na dielektrické konstantě látky oddělující desky.

Při převodu impedance kondenzátoru používáme vzorec Z = -jX. Mějte na paměti, že reaktance je jednoznačnější parametr a určuje, jaký odpor bude mít kondenzátor při určité frekvenci. Jak již bylo řečeno, znalost impedance je nezbytná pro podrobnou analýzu střídavého obvodu.

Induktor a impedance

Poznání impedance ve střídavém obvodu

Impedance je činný odpor elektrického obvodu nebo součástky vůči střídavému proudu z kombinovaného působení reaktance a ohmického odporu. Jinými slovy, impedance je rozšířením principů odporu ve střídavých obvodech. Impedanci také definujeme jako jakoukoli překážku nebo míru odporu elektrického proudu proti toku energie při přiložení napětí.

Techničtější definice je celkový odpor, který elektrický obvod klade toku střídavého proudu o jedné frekvenci. Stručně řečeno, jde o kombinaci reaktance a odporu, kterou měříme v ohmech a reprezentujeme ji symbolem Z.

Reaktance (X) vyjadřuje odpor součástky vůči střídavému proudu, zatímco impedance (Z) označuje odpor součástky vůči střídavému i stejnosměrnému proudu. Zobrazujeme ji jako komplexní číslo pomocí následujícího vzorce: Z = R + jX. V ideálním případě je impedance rezistoru ekvivalentní jeho odporu. Za těchto okolností je reálná neboli skutečná část impedance odporem a imaginární část je nulová neboli nulová.

Převod kapacity na impedanci

Existují kalkulačky kapacitní reaktance, které umožňují určit impedanci kondenzátoru, pokud máte k dispozici hodnotu jeho kapacity (C) a frekvenci signálu, který jím prochází (f). Zadáváte kapacitu ve faradech, pikofaradech, mikrofaradech nebo nanofaradech a frekvenci v jednotkách GHz, MHz, kHz nebo Hz. Například kapacita 2 farady při frekvenci 100 hertzů poskytne impedanci 0,0008 ohmu.

Následující vzorec je nezbytný pro výpočet výše uvedených hodnot:

Nyní rozumíme parametrům ideálního rezistoru, kde se jeho impedance rovná odporu. Impedance ideálního kondenzátoru se však rovná velikosti jeho reaktance, i když tyto dva parametry nejsou totožné. Reaktanci vyjadřujeme jako obyčejné číslo v ohmech a impedance kondenzátoru je reaktance vynásobená -j. To odpovídá následujícímu vzorci: Z = -jX. V tomto kontextu představuje člen -j fázový posun o 90 stupňů, ke kterému dochází mezi proudem a napětím v čistě kapacitním obvodu.

Pomocí převodní rovnice

Pomocí výše uvedené rovnice (XC = 1/ωC = 1/2πƒC) můžete získat reaktanci kondenzátoru a pro její převod na impedanci kondenzátoru můžete využít vzorec Z = -jX. Nezapomeňte, že reaktance je spíše zdánlivá hodnota parametru a rozeznává, jak velký odpor má kondenzátor při určité frekvenci.

Z výše uvedených rovnic je zřejmé, že reaktance kondenzátoru je nepřímo úměrná kapacitě i frekvenci. Vyšší kapacita a vyšší frekvence se tedy promítají do nižší reaktance. Tento nepřímý vztah mezi frekvencí a reaktancí usnadňuje použití kondenzátorů k blokování nízkofrekvenčních složek signálu při současném propouštění vysokofrekvenčních složek.

Kapacita ve střídavém obvodu je snadno rozpoznatelná, ale právě impedance je požadavkem důkladné analýzy střídavého obvodu. Logicky to znamená, že získání lepšího pochopení významu vzájemného působení těchto dvou parametrů je prvořadé.

Vinutí měděného drátu induktoru

Získání funkčních a spolehlivých obvodů závisí na tom, zda máte k dispozici správnou sadu návrhového a analytického softwaru, který vám pomůže vytvořit obvody, simulační modely a otisky. Funkce front-end návrhu od společnosti Cadence se integrují s výkonným simulátorem PSpice a vytvářejí ideální softwarový systém pro návrh a simulaci obvodů.

Pokud se chcete dozvědět více o tom, jaké řešení pro vás má společnost Cadence, obraťte se na nás a náš tým odborníků.