Key Takeaways

● Leer meer over de formules voor het converteren van capaciteit naar impedantie.

● Krijg meer inzicht in de wisselwerking tussen capaciteit en impedantie.

● Leer meer over het belang van impedantie in AC-circuitanalyse.

Capaciteit en de relatie met impedantie

Het gebied van de elektronica bevat verschillende parameters die de functionaliteit, evenals de prestaties, van elk elektronisch apparaat meten, ondersteunen en beïnvloeden. Deze parameters beïnvloeden de initiële en definitieve ontwerpbeslissingen.

Parameters als capaciteit en impedantie moeten binnen de aanvaardbare ontwerpgrenzen blijven of zelfs het meest nauwkeurige ontwerp zal niet het gewenste functionele resultaat opleveren. Voorts zijn er gevallen waar de omzetting van één parameter in het equivalent van een andere een vereiste is. Een van die omrekeningen, zoals capaciteit naar impedantie, is een vereiste voor gedetailleerde AC-circuitanalyse.

Capacitors and Capacitance

De component die wordt geassocieerd met capaciteit is natuurlijk een condensator, en het vermogen van een systeem om een elektrische lading op te slaan wordt capacitantie genoemd. In de natuurkunde is het de verhouding van verandering in een elektrische lading in een systeem ten opzichte van een verandering in zijn elektrische potentiaal. In beide gevallen is de standaardeenheid van capaciteit de farad.

Deze passieve elektronische componenten slaan energie op in de vorm van een elektrostatisch veld. In zijn zuiverste vorm bestaat een condensator uit twee geleidende platen, gescheiden door een isolerend materiaal, diëlektricum genaamd. De capaciteit van een condensator is recht evenredig met de oppervlakte van zijn platen en omgekeerd evenredig met de afstand tussen deze platen. De nettocapaciteit hangt echter ook af van de diëlektrische constante van de stof die de platen scheidt.

Bij het omrekenen van de impedantie van een condensator gebruiken we de formule Z = -jX. Onthoud dat reactantie een meer eenduidige parameter is, en het bepaalt hoeveel weerstand een condensator zal hebben bij een specifieke frequentie. Zoals eerder gezegd, is het kennen van impedantie noodzakelijk voor een gedetailleerde analyse van een AC-circuit.

Inductor en impedantie

Uitleg over impedantie in een AC-circuit

Impedantie is de actieve weerstand van een elektrisch circuit of component tegen AC van de gecombineerde effecten van reactantie en ohmse weerstand. Met andere woorden, impedantie is de uitbreiding van de principes van weerstand in wisselstroomkringen. Wij definiëren impedantie ook als elke belemmering, of de maat van de weerstand van een elektrische stroom, tegen de energiestroom bij het aanleggen van spanning.

De meer technische definitie is de totale weerstand die een elektrische stroomkring biedt tegen de stroom van wisselstroom van een enkele frequentie. Samengevat is het een combinatie van reactantie en weerstand die we meten in ohms, en we geven het weer met het symbool Z.

Reactantie (X) drukt de weerstand van een component tegen wisselstroom uit, terwijl impedantie (Z) de weerstand van een component tegen zowel wisselstroom als gelijkstroom aangeeft. We geven het weer als een complex getal door gebruik te maken van de volgende formule: Z = R + jX. In het ideale geval is de impedantie van een weerstand het equivalent van zijn weerstand. Onder deze omstandigheden is het reële of werkelijke deel van de impedantie de weerstand, en het imaginaire deel is nihil of nul.

Capaciteit omrekenen naar impedantie

Er bestaan rekenmachines voor capacitieve reactantie waarmee je de impedantie van een condensator kunt bepalen, mits je de capaciteitswaarde (C) en de frequentie van het signaal dat er doorheen gaat (f) hebt. Je voert de capaciteit in farads, picofarads, microfarads of nanofarads in en de frequentie in eenheden als GHz, MHz, kHz of Hz. Bijvoorbeeld, een capaciteit van 2 farads bij een frequentie van 100 hertz geeft een impedantie van 0.0008 ohm.

De volgende formule is nodig om de bovenstaande waarden te berekenen:

We begrijpen nu de parameters van een ideale weerstand waarvan de impedantie gelijk is aan de weerstand. De impedantie van een perfecte condensator is echter gelijk aan de grootte van zijn reactantie, hoewel deze twee parameters niet identiek zijn. Wij drukken de reactantie uit als een gewoon getal in ohms, en de impedantie van de condensator is de reactantie vermenigvuldigd met -j. Dit komt overeen met de volgende formule: Z = -jX. In deze context staat de term -j voor de faseverschuiving van 90 graden die optreedt tussen stroom en spanning in een zuiver capacitieve kring.

Gebruik van de omzettingsvergelijking

Met behulp van bovenstaande vergelijking (XC = 1/ωC = 1/2πƒC) verkrijgt men de reactantie van een condensator, en om deze om te zetten in de impedantie van een condensator kan men gebruik maken van de formule Z = -jX. Onthoud dat reactantie een meer zichtbare parameterwaarde is, en het geeft aan hoeveel weerstand een condensator heeft bij een bepaalde frequentie.

Uit de bovenstaande vergelijkingen blijkt dat de reactantie van een condensator omgekeerd evenredig is met zowel de capaciteit als de frequentie. Een hogere capaciteit en een hogere frequentie resulteren dus in een lagere reactantie. Deze omgekeerde relatie tussen frequentie en reactantie vergemakkelijkt het gebruik van condensatoren om laagfrequente componenten van een signaal te blokkeren en tegelijkertijd hoogfrequente componenten door te laten.

Capaciteit in een wisselstroomkring is gemakkelijk te onderscheiden, maar het is impedantie die een vereiste is voor een grondige analyse van wisselstroomkringen. Logischerwijs betekent dit dat een beter begrip van het belang van de wisselwerking tussen deze twee parameters van het grootste belang is.

Inductorkoperdraadwikkeling

Het hebben van functionele en betrouwbare schakelingen hangt af van het hebben van de juiste ontwerp- en analysesoftware om u te helpen bij het maken van uw schakelingen, simulatiemodellen en footprints. De front-end ontwerpfuncties van Cadence integreren met de krachtige PSpice Simulator om het ideale softwaresysteem voor circuitontwerp en -simulatie te creëren.

Als u op zoek bent naar meer informatie over hoe Cadence de oplossing voor u heeft, praat dan met ons en ons team van experts.