Key Takeaways
● Ismerje meg a kapacitás impedanciává alakításának képleteit.
● Ismerje meg jobban a kapacitás és az impedancia kölcsönhatását.
● Tudjon meg többet az impedancia fontosságáról a váltakozó áramkörök elemzésében.
Kapacitás és kapcsolata az impedanciával
Az elektronika területén számos olyan paraméter található, amelyek minden elektronikus eszköz működését, valamint teljesítményét mérik, segítik és befolyásolják. Ezek a paraméterek befolyásolják a kezdeti és végleges tervezési döntéseket.
Az olyan paramétereknek, mint a kapacitás és az impedancia, az elfogadható tervezési határokon belül kell maradniuk, különben még a legpontosabb tervezés sem biztosítja a kívánt funkcionális eredményt. Továbbá vannak olyan esetek, amikor az egyik paraméter átváltása egy másik paraméter egyenértékére követelmény. Az egyik ilyen átalakítás, mint például a kapacitás impedanciává alakítása, a részletes váltakozóáramú áramkör-elemzés követelménye.
Kondenzátorok és kapacitás
A kapacitással kapcsolatos komponens természetesen a kondenzátor, és egy rendszer elektromos töltés tárolására való képességét nevezzük kapacitásnak. A fizikában ez egy rendszerben lévő elektromos töltés változásának aránya a rendszer elektromos potenciáljának változásához képest. Mindkét esetben a kapacitás szabványos mértékegysége a farad.
Ezek a passzív elektronikus alkatrészek elektrosztatikus mező formájában tárolják az energiát. A legtisztább formában a kondenzátor két vezető lemezt tartalmaz, amelyeket egy dielektrikumnak nevezett szigetelőanyag választ el egymástól. A kondenzátor kapacitása egyenesen arányos a lemezek felületével és fordítottan arányos a lemezek közötti távolsággal. A nettó kapacitás azonban a lemezeket elválasztó anyag dielektromos állandójától is függ.
A kondenzátor impedanciájának átváltásakor a Z = -jX képletet használjuk. Ne feledjük, hogy a reaktancia egyértelműbb paraméter, és azt határozza meg, hogy egy adott frekvencián mekkora ellenállással rendelkezik a kondenzátor. Mint korábban említettük, az impedancia ismerete szükséges a váltakozó áramú áramkör részletes elemzéséhez.
Induktor és impedancia
A váltakozó áramú áramkör impedanciájának megértése
Az impedancia egy elektromos áramkör vagy alkatrész aktív ellenállása a reaktancia és az ohmos ellenállás együttes hatásaiból származó váltakozó áramnak. Más szóval, az impedancia az ellenállás elveinek kiterjesztése a váltakozó áramú áramkörökben. Az impedanciát úgy is definiáljuk, mint bármilyen akadályozást, vagy az elektromos áram ellenállásának mértékét az energiaáramlással szemben, amikor feszültséget alkalmazunk.
A technikaibb definíció szerint az elektromos áramkör által az egy frekvenciájú váltakozó áramlással szemben nyújtott teljes ellenállás. Összefoglalva a reaktancia és az ellenállás kombinációja, amelyet ohmban mérünk, és a Z szimbólummal ábrázoljuk.
A reaktancia (X) egy alkatrész váltakozó áramú ellenállását fejezi ki, míg az impedancia (Z) egy alkatrész váltakozó és egyenáramú ellenállását egyaránt jelzi. Ezt komplex számként mutatjuk ki a következő képlet segítségével: Z = R + jX. Ideális esetben egy ellenállás impedanciája az ellenállással egyenértékű. Ilyen körülmények között az impedancia valós vagy tényleges része az ellenállás, a képzetes rész pedig nulla vagy nulla.
A kapacitások impedanciává alakítása
Léteznek kapacitív reaktancia-kalkulátorok, amelyek lehetővé teszik egy kondenzátor impedanciájának meghatározását, feltéve, hogy ismerjük a kapacitásának értékét (C) és a rajta áthaladó jel frekvenciáját (f). A kapacitást farádban, pikofarádban, mikrofarádban vagy nanofarádban, a frekvenciát pedig GHz, MHz, kHz vagy Hz egységekben adja meg. Például egy 2 farád kapacitás 100 hertzes frekvencián 0,0008 ohm impedanciát eredményez.
A fenti értékek kiszámításához szükséges képlet a következő:
Most már értjük egy ideális ellenállás paramétereit, ahol az impedancia egyenlő az ellenállással. Egy tökéletes kondenzátor impedanciája azonban egyenlő a reaktanciájának nagyságával, bár ez a két paraméter nem azonos. A reaktanciát közönséges számmal, ohmban fejezzük ki, és a kondenzátor impedanciája a reaktancia szorozva -j-vel. Ez a következő képletnek felel meg: Z = -jX. Ebben az összefüggésben a -j kifejezés azt a 90 fokos fáziseltolódást jelenti, amely egy tisztán kapacitív áramkörben az áram és a feszültség között fellép.
A konverziós egyenlet használata
A fenti egyenlet (XC = 1/ωC = 1/2πƒC) alkalmazásával megkaphatjuk a kondenzátor reaktanciáját, és ennek a kondenzátor impedanciájává történő átalakításához a Z = -jX képletet használhatjuk. Ne feledje, hogy a reaktancia egy sokkal nyilvánvalóbb paraméterérték, és azt érzékelteti, hogy egy adott frekvencián mekkora ellenállással rendelkezik egy kondenzátor.
A fenti egyenletekből kitűnik, hogy egy kondenzátor reaktanciája fordítottan arányos mind a kapacitással, mind a frekvenciával. Ezért a nagyobb kapacitás és a nagyobb frekvencia kisebb reaktanciát jelent. Ez a frekvencia és a reaktancia közötti fordított kapcsolat megkönnyíti a kondenzátorok használatát a jel alacsony frekvenciájú összetevőinek blokkolására, miközben egyidejűleg átengedi a magas frekvenciájú komponenseket.
A váltakozó áramú áramkörben a kapacitás könnyen felismerhető, de az impedancia az, ami az alapos váltakozó áramú áramkör-elemzés követelménye. Logikusan ez azt jelenti, hogy e két paraméter kölcsönhatásának jelentőségének jobb megértése kiemelkedően fontos.
Induktor rézhuzal tekercselése
A funkcionális és megbízható áramkörök megalkotása attól függ, hogy megfelelő tervező- és elemzőszoftverekkel rendelkezzen az áramkörök, szimulációs modellek és alaprajzok létrehozásához. A Cadence front-end tervezési funkciói a nagy teljesítményű PSpice szimulátorral integrálódva ideális szoftverrendszert alkotnak az áramkörök tervezéséhez és szimulációjához.
Ha többet szeretne megtudni arról, hogy a Cadence milyen megoldást kínál az Ön számára, beszéljen velünk és szakértői csapatunkkal.