Kluczowe wnioski
● Poznaj wzory na przeliczanie pojemności na impedancję.
● Zrozum, w jaki sposób pojemność i impedancja oddziałują na siebie.
● Dowiedz się więcej o znaczeniu impedancji w analizie obwodów AC.
Kapacytancja i jej związek z impedancją
Dziedzina elektroniki zawiera różne parametry, które mierzą, wspomagają i wpływają na funkcjonalność, jak również wydajność każdego urządzenia elektronicznego. Parametry te wpływają na początkowe i końcowe decyzje projektowe.
Parametry takie jak pojemność i impedancja muszą pozostać w dopuszczalnych granicach projektowych lub nawet najbardziej dokładny projekt nie zapewni pożądanego wyniku funkcjonalnego. Ponadto, istnieją przypadki, w których konwersja jednego parametru na odpowiednik innego jest wymogiem. Jedna z takich konwersji, jak konwersja pojemności na impedancję, jest wymogiem szczegółowej analizy obwodu AC.
Kondensatory i pojemność
Komponentem związanym z pojemnością jest oczywiście kondensator, a zdolność systemu do przechowywania ładunku elektrycznego nazywana jest pojemnością. W fizyce jest to stosunek zmiany ładunku elektrycznego w systemie w odniesieniu do zmiany jego potencjału elektrycznego. W obu przypadkach, standardową jednostką pojemności jest farad.
Te pasywne elementy elektroniczne przechowują energię w postaci pola elektrostatycznego. W swojej najczystszej postaci, kondensator zawiera dwie przewodzące płyty oddzielone przez materiał izolacyjny zwany dielektrykiem. Pojemność kondensatora jest wprost proporcjonalna do powierzchni jego płyt i odwrotnie proporcjonalna do separacji między tymi płytami. Jednakże, pojemność netto zależy również od stałej dielektrycznej substancji oddzielającej płyty.
Przy przeliczaniu impedancji kondensatora, używamy wzoru Z = -jX. Należy pamiętać, że reaktancja jest parametrem bardziej jednoznacznym i określa jak duży opór będzie miał kondensator przy określonej częstotliwości. Jak stwierdzono wcześniej, znajomość impedancji jest niezbędna do szczegółowej analizy obwodu AC.
Cewka indukcyjna i impedancja
Zrozumienie impedancji w obwodzie AC
Impedancja jest aktywną rezystancją obwodu elektrycznego lub komponentu w stosunku do prądu przemiennego z połączonych efektów reaktancji i rezystancji omowej. Innymi słowy, impedancja jest rozszerzeniem zasad rezystancji w obwodach prądu zmiennego. Definiujemy również impedancję jako każdą przeszkodę, lub miarę opozycji prądu elektrycznego, do przepływu energii przy zastosowaniu napięcia.
Bardziej techniczna definicja to całkowita opozycja oferowana przez obwód elektryczny do przepływu prądu zmiennego o jednej częstotliwości. Podsumowując, jest to połączenie reaktancji i rezystancji, które mierzymy w omach i reprezentujemy symbolem Z.
Reaktancja (X) wyraża rezystancję komponentu dla prądu zmiennego, podczas gdy impedancja (Z) wskazuje rezystancję komponentu zarówno dla prądu zmiennego, jak i stałego. Przedstawiamy ją jako liczbę złożoną poprzez zastosowanie następującego wzoru: Z = R + jX. W idealnej sytuacji impedancja rezystora jest równa jego rezystancji. W takich okolicznościach rzeczywista lub faktyczna część impedancji to opór, a część urojona to zero lub zero.
Przeliczanie pojemności na impedancję
Istnieją kalkulatory reaktancji pojemnościowej, które pozwalają określić impedancję kondensatora, pod warunkiem, że masz jego wartość pojemności (C) i częstotliwość sygnału przechodzącego przez niego (f). Wprowadzasz pojemność w faradach, pikofaradach, mikrofaradach lub nanofaradach oraz częstotliwość w jednostkach GHz, MHz, kHz lub Hz. Na przykład, pojemność 2 faradów przy częstotliwości 100 herców da impedancję 0.0008 ohmów.
Poniżej znajduje się wzór niezbędny do obliczenia powyższych wartości:
Zrozumieliśmy teraz parametry idealnego opornika, w którym impedancja jest równa rezystancji. Natomiast impedancja idealnego kondensatora jest równa wielkości jego reaktancji, choć te dwa parametry nie są identyczne. Reaktancję wyrażamy jako zwykłą liczbę w omach, a impedancja kondensatora jest reaktancją pomnożoną przez -j. Koreluje to z następującym wzorem: Z = -jX. W tym kontekście, termin -j reprezentuje 90-stopniowe przesunięcie fazowe, które występuje między prądem i napięciem w obwodzie czysto pojemnościowym.
Używając równania konwersji
Używając powyższego równania (XC = 1/ωC = 1/2πƒC), można uzyskać reaktancję kondensatora, a aby przekształcić to w impedancję kondensatora można użyć wzoru Z = -jX. Pamiętaj, że reaktancja jest bardziej widoczna wartość parametru, i rozróżnia ile oporu kondensator ma przy określonej częstotliwości.
Jest oczywiste, z równań powyżej, że reaktancja kondensatora jest odwrotnie proporcjonalna zarówno do pojemności i częstotliwości. Dlatego wyższa pojemność i wyższa częstotliwość przekładają się na niższą reaktancję. Ta odwrotna zależność pomiędzy częstotliwością i reaktancją ułatwia użycie kondensatorów do blokowania składowych sygnału o niskiej częstotliwości, jednocześnie pozwalając na przejście składowych o wysokiej częstotliwości.
Kapacytancja w obwodzie AC jest łatwo dostrzegalna, ale to impedancja jest wymogiem dokładnej analizy obwodu AC. Logicznie rzecz biorąc, oznacza to, że lepsze zrozumienie znaczenia wzajemnego oddziaływania tych dwóch parametrów jest najważniejsze.
Zwijanie miedzianego drutu indukcyjnego
Uzyskanie funkcjonalnych i niezawodnych obwodów zależy od posiadania odpowiedniego zestawu oprogramowania do projektowania i analizy, które pomoże Ci w tworzeniu obwodów, modeli symulacyjnych i śladów. Funkcje projektowania front-end firmy Cadence integrują się z potężnym symulatorem PSpice, tworząc idealny system oprogramowania do projektowania i symulacji obwodów.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o tym, jak Cadence ma rozwiązanie dla Ciebie, porozmawiaj z nami i naszym zespołem ekspertów.