Key Takeaways

● Lernen Sie die Formeln für die Umwandlung von Kapazität in Impedanz kennen.

● Gewinnen Sie ein besseres Verständnis dafür, wie Kapazität und Impedanz zusammenwirken.

● Erfahren Sie mehr über die Bedeutung der Impedanz in der Wechselstromkreisanalyse.

Kapazität und ihre Beziehung zur Impedanz

Im Bereich der Elektronik gibt es verschiedene Parameter, die die Funktionalität sowie die Leistung jedes elektronischen Geräts messen, unterstützen und beeinflussen. Diese Parameter wirken sich auf die anfänglichen und endgültigen Designentscheidungen aus.

Parameter wie Kapazität und Impedanz müssen innerhalb der akzeptablen Designgrenzen bleiben, oder selbst das genaueste Design wird nicht das gewünschte funktionale Ergebnis liefern. Außerdem gibt es Fälle, in denen die Umwandlung eines Parameters in das Äquivalent eines anderen erforderlich ist. Eine solche Umrechnung, wie z. B. von Kapazität in Impedanz, ist eine Voraussetzung für die detaillierte Analyse von Wechselstromkreisen.

Kondensatoren und Kapazität

Das Bauteil, das mit Kapazität in Verbindung gebracht wird, ist natürlich ein Kondensator, und die Fähigkeit eines Systems, eine elektrische Ladung zu speichern, wird als Kapazität bezeichnet. In der Physik ist es das Verhältnis zwischen der Änderung der elektrischen Ladung eines Systems und der Änderung seines elektrischen Potenzials. In beiden Fällen ist die Standardeinheit der Kapazität das Farad.

Diese passiven elektronischen Komponenten speichern Energie in Form eines elektrostatischen Feldes. In seiner reinsten Form besteht ein Kondensator aus zwei leitenden Platten, die durch ein isolierendes Material, das Dielektrikum, getrennt sind. Die Kapazität eines Kondensators ist direkt proportional zur Oberfläche seiner Platten und umgekehrt proportional zum Abstand zwischen diesen Platten. Die Nettokapazität hängt jedoch auch von der Dielektrizitätskonstante der Substanz ab, die die Platten voneinander trennt.

Wenn wir die Impedanz eines Kondensators umrechnen, verwenden wir die Formel Z = -jX. Beachten Sie, dass der Blindwiderstand ein eindeutigerer Parameter ist, der angibt, wie viel Widerstand ein Kondensator bei einer bestimmten Frequenz hat. Wie bereits erwähnt, ist die Kenntnis der Impedanz für eine detaillierte Analyse eines Wechselstromkreises erforderlich.

Induktor und Impedanz

Verständnis der Impedanz in einem Wechselstromkreis

Die Impedanz ist der aktive Widerstand einer elektrischen Schaltung oder eines Bauteils gegenüber Wechselstrom, der sich aus den kombinierten Auswirkungen von Reaktanz und ohmschem Widerstand ergibt. Mit anderen Worten, die Impedanz ist die Erweiterung der Prinzipien des Widerstands in Wechselstromkreisen. Wir definieren die Impedanz auch als jedes Hindernis oder das Maß des Widerstands eines elektrischen Stroms gegen den Energiefluss beim Anlegen einer Spannung.

Die technischere Definition ist der Gesamtwiderstand, den ein Stromkreis dem Fluss von Wechselstrom einer einzigen Frequenz entgegensetzt. Zusammengefasst ist es eine Kombination aus Reaktanz und Widerstand, die wir in Ohm messen und mit dem Symbol Z darstellen.

Die Reaktanz (X) drückt den Widerstand eines Bauteils gegenüber Wechselstrom aus, während die Impedanz (Z) den Widerstand eines Bauteils sowohl gegenüber Wechselstrom als auch gegenüber Gleichstrom angibt. Wir stellen sie als komplexe Zahl mit Hilfe der folgenden Formel dar: Z = R + jX. Im Idealfall ist die Impedanz eines Widerstands gleich seinem Widerstand. Unter diesen Umständen ist der reale oder tatsächliche Teil der Impedanz der Widerstand, und der imaginäre Teil ist Null.

Umrechnung von Kapazität in Impedanz

Es gibt Rechner für kapazitive Reaktanz, mit denen man die Impedanz eines Kondensators bestimmen kann, wenn man seinen Kapazitätswert (C) und die Frequenz des durch ihn laufenden Signals (f) kennt. Sie geben die Kapazität in Farad, Picofarad, Mikrofarad oder Nanofarad und die Frequenz in den Einheiten GHz, MHz, kHz oder Hz ein. Zum Beispiel ergibt eine Kapazität von 2 Farad bei einer Frequenz von 100 Hertz eine Impedanz von 0,0008 Ohm.

Nachfolgend die Formel, die zur Berechnung der oben genannten Werte erforderlich ist:

Wir kennen jetzt die Parameter eines idealen Widerstands, bei dem die Impedanz gleich dem Widerstand ist. Die Impedanz eines perfekten Kondensators ist jedoch gleich dem Betrag seiner Reaktanz, obwohl diese beiden Parameter nicht identisch sind. Wir drücken die Reaktanz als eine gewöhnliche Zahl in Ohm aus, und die Impedanz des Kondensators ist die Reaktanz multipliziert mit -j. Dies entspricht der folgenden Formel: Z = -jX. In diesem Zusammenhang stellt der Term -j die 90-Grad-Phasenverschiebung dar, die zwischen Strom und Spannung in einer rein kapazitiven Schaltung auftritt.

Verwendung der Umrechnungsgleichung

Wenn man die obige Gleichung verwendet (XC = 1/ωC = 1/2πƒC), erhält man den Blindwiderstand eines Kondensators, und um diesen in die Impedanz eines Kondensators umzuwandeln, kann man die Formel Z = -jX verwenden. Erinnern Sie sich daran, dass der Blindwiderstand ein offensichtlicherer Parameter ist, der angibt, wie viel Widerstand ein Kondensator bei einer bestimmten Frequenz hat.

Aus den obigen Gleichungen ist ersichtlich, dass der Blindwiderstand eines Kondensators umgekehrt proportional zu Kapazität und Frequenz ist. Daher führen eine höhere Kapazität und eine höhere Frequenz zu einem niedrigeren Blindwiderstand. Diese umgekehrte Beziehung zwischen Frequenz und Reaktanz erleichtert die Verwendung von Kondensatoren, um niederfrequente Komponenten eines Signals zu blockieren und gleichzeitig hochfrequente Komponenten durchzulassen.

Kapazität in einem Wechselstromkreis ist leicht zu erkennen, aber es ist die Impedanz, die eine Voraussetzung für eine gründliche Wechselstromkreisanalyse ist. Logischerweise bedeutet dies, dass ein besseres Verständnis der Bedeutung des Zusammenspiels dieser beiden Parameter von größter Wichtigkeit ist.

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