Nøglepunkter

● Lær om formlerne til konvertering af kapacitans til impedans.

● Få en større forståelse af, hvordan kapacitans og impedans interagerer.

● Få mere at vide om betydningen af impedans i AC-kredsløbsanalyse.

Kapacitans og dens forhold til impedans

Elektronikområdet indeholder forskellige parametre, der måler, hjælper og påvirker funktionaliteten såvel som ydeevnen af enhver elektronisk enhed. Disse parametre påvirker de indledende og endelige designbeslutninger.

Parametre som kapacitans og impedans skal holde sig inden for de acceptable designgrænser, ellers vil selv det mest nøjagtige design ikke give det ønskede funktionelle resultat. Desuden er der tilfælde, hvor det er et krav, at en parameter skal omregnes til en tilsvarende parameter for en anden. En sådan konvertering, som f.eks. fra kapacitans til impedans, er et krav i forbindelse med detaljeret analyse af vekselstrømskredsløb.

Kapacitatorer og kapacitans

Den komponent, der er forbundet med kapacitans, er naturligvis en kondensator, og et systems evne til at lagre en elektrisk ladning kaldes kapacitans. I fysik er det forholdet mellem ændringen i en elektrisk ladning i et system med hensyn til en ændring i dets elektriske potentiale. I begge tilfælde er standardenheden for kapacitans farad.

Disse passive elektroniske komponenter lagrer energi i form af et elektrostatisk felt. I sin reneste form består en kondensator af to ledende plader, der er adskilt af et isolerende materiale kaldet dielektrikum. En kondensators kapacitans er direkte proportional med pladernes overfladeareal og omvendt proportional med afstanden mellem disse plader. Nettokapacitansen afhænger imidlertid også af dielektricitetskonstanten for det stof, der adskiller pladerne.

Ved omregning af impedansen for en kondensator bruger vi formlen Z = -jX. Husk på, at reaktans er en mere entydig parameter, og den definerer, hvor stor modstand en kondensator har ved en bestemt frekvens. Som tidligere nævnt er det nødvendigt at kende impedansen for at kunne foretage en detaljeret analyse af et vekselstrømskredsløb.

Induktor og impedans

Forstå impedans i et vekselstrømskredsløb

Impedans er et elektrisk kredsløbs eller en elektrisk komponents aktive modstand mod vekselstrøm fra de kombinerede virkninger af reaktans og ohmsk modstand. Med andre ord er impedans en udvidelse af principperne for modstand i vekselstrømskredsløb. Vi definerer også impedans som en hindring eller et mål for en elektrisk strøms modstand mod energistrømmen ved påføring af spænding.

Den mere tekniske definition er den samlede modstand, som et elektrisk kredsløb yder mod strømmen af vekselstrøm af en enkelt frekvens. Sammenfattende er det en kombination af reaktans og modstand, som vi måler i ohm, og vi repræsenterer den med symbolet Z.

Reaktans (X) udtrykker en komponents modstand mod vekselstrøm, mens impedans (Z) angiver en komponents modstand mod både vekselstrøm og jævnstrøm. Vi viser den som et komplekst tal ved hjælp af følgende formel: Z = R + jX. Ideelt set er impedansen for en modstand lig med dens modstand. Under disse omstændigheder er den reelle eller faktiske del af impedansen modstanden, og den imaginære del er nul eller nul.

Konvertering af kapacitans til impedans

Der findes beregnere til kapacitiv reaktans, som gør det muligt at bestemme impedansen af en kondensator, forudsat at du har dens kapacitetsværdi (C) og frekvensen af det signal, der passerer gennem den (f). Du indtaster kapacitansen i farads, picofarads, mikrofarads eller nanofarads og frekvensen i enheder af GHz, MHz, kHz eller Hz. F.eks. vil en kapacitet på 2 farads ved en frekvens på 100 hertz give en impedans på 0,0008 ohm.

Følgende er den formel, der er nødvendig for at beregne de ovennævnte værdier:

Vi forstår nu parametrene for en ideel modstand, hvor dens impedans er lig med dens modstand. En perfekt kondensators impedans er imidlertid lig med størrelsen af dens reaktans, selv om disse to parametre ikke er identiske. Vi udtrykker reaktansen som et almindeligt tal i ohm, og kondensatorens impedans er reaktansen multipliceret med -j. Dette svarer til følgende formel: Z = -jX. I denne sammenhæng repræsenterer udtrykket -j den 90 graders faseforskydning, der opstår mellem strøm og spænding i et rent kapacitivt kredsløb.

Anvendelse af omregningsligningen

Ved anvendelse af ovenstående ligning (XC = 1/ωC = 1/2πƒC) kan man få reaktansen for en kondensator, og for at omregne denne til impedansen for en kondensator kan man anvende formlen Z = -jX. Husk, at reaktans er en mere tilsyneladende parameterværdi, og den skelner mellem hvor meget modstand en kondensator har ved en bestemt frekvens.

Det fremgår af ligningerne ovenfor, at en kondensators reaktans er omvendt proportional med både kapacitans og frekvens. Derfor giver en højere kapacitans og en højere frekvens sig udslag i en lavere reaktans. Dette omvendte forhold mellem frekvens og reaktans gør det lettere at bruge kondensatorer til at blokere lavfrekvente komponenter i et signal og samtidig lade højfrekvente komponenter passere.

Kapacitans i et vekselstrømskredsløb er let at skelne, men det er impedans, der er et krav til en grundig analyse af vekselstrømskredsløb. Logisk set betyder det, at det er altafgørende at få en større forståelse for betydningen af, hvordan disse to parametre interagerer.

Induktor kobbertrådsvikling

At få funktionelle og pålidelige kredsløb afhænger af at have det rigtige sæt design- og analysesoftware til at hjælpe dig med at oprette dine kredsløb, simuleringsmodeller og fodaftryk. Front-end designfunktionerne fra Cadence integreres med den kraftfulde PSpice Simulator for at skabe det ideelle softwaresystem til kredsløbsdesign og simulation.

Hvis du ønsker at få mere at vide om, hvordan Cadence har løsningen til dig, så tal med os og vores team af eksperter.