Widerstand gegen Impedanz?

• Was ist der Unterschied zwischen Widerstand und Impedanz?

• Wann werden wir sagen, dass es eine Impedanz ist und wann werden wir es als Widerstand sagen?

• Kannst du es mit Diagramm (wenn möglich) und Echtzeit-Beispiel erklären.

• Und wie werden sich die Reaktanzen in dem Stromkreis bilden, in dem die Kondensatoren und Induktivitäten in unserem Stromkreis nicht verfügbar sind?

• Wie werden wir die Reaktanzen in der Schaltung und ihre Werte in Echtzeit finden?

• Ich meine, ist es möglich, die Reaktanz mit einem beliebigen Instrument zu berechnen?

• Wurde die Reaktanz vom Designer absichtlich beibehalten oder bildet sie sich generell im Stromkreis?

Alle Antworten sind willkommen.

Diagramm!

Dies ist für eine komplexe Impedanz:

$Z = R + \dfrac{1}{j \omega C}$

Der Widerstand $R$ ist mit der angelegten Spannung in Phase, sodass der Vektor in dieselbe X-Richtung zeigt. Die Impedanz eines Kondensators ist nahezu reaktiv, dh sein ohmscher Anteil ist viel kleiner als der von . Dasjbewirkt eineθ= 90 ° -Drehung, und da dasj(=$\dfrac{1}{j \omega C}$$j$$\theta$$j$ ) Im Nenner ist der Winkel negativ ( $\sqrt{-1}$. Um den StromI=Uzu berechnen$\left( \dfrac{1}{j} = -j \right)$
wir fest, dass wir beim Teilen durch eine Impedanz mit dem Winkelθden Winkel von unserer Referenz subtrahieren, so dass das Vorzeichen des Winkels umgekehrt wird. Das Ergebnis zeigt, wie bei einer kapazitiven Last der Strom der Spannung um einen Winkelθ vorauseilt, wobei. Für induktive Lasten kann ein ähnliches Diagramm gezeichnet werden, nurzeigt in die entgegengesetzte Richtung von, und der Strom folgt der Spannung.$I = \dfrac{U}{Z}$$\theta$
$\theta$ j ω L $0 \le \theta \le 90°$
$j \omega L$$\dfrac{1}{j \omega C}$

edit (nach der Bearbeitung der Frage) Durch den
Widerstand wird der Strom in Phase mit der Spannung geschaltet. Wenn es einen imaginären Term (das ) gibt, dann repräsentiert dieser Term die Reaktanz, entweder kapazitiv oder induktiv, und$j$

Widerstand + Reaktanz = Impedanz

In einer idealen Welt hätten Sie auch keine Reaktanz, wenn Sie keine Kondensatoren oder Spulen hätten. Ein Schaltkreis kann jedoch eine parasitäre Impedanz haben: Die Länge einer Leiterplatte führt zu einer induktiven Reaktanz (sie verhält sich wie eine Spule), und zwei benachbarte Leiterplatten haben eine kapazitive Reaktanz (sie verhalten sich wie ein Kondensator). Parasitäre Impedanzen sind unbeabsichtigt und die meiste Zeit ein Ärgernis, obwohl manchmal ein Designer sie gut ausnutzen kann.
Sie können die Impedanzen von Bauteilen mit einem RLC-Messgerät messen. Die , wodurch Sie einen Widerstand in Reihe oder parallel zu einer Reaktanz (induktiv oder kapazitiv) erhalten.
Die Reaktanz wird als Phasenverschiebung der Spannung oder des Stroms angezeigt. Diese Phasenverschiebung kann auf einem Oszilloskop im XY-Modus angezeigt werden. Eine Null-Phasenverschiebung zeigt eine gerade Linie, eine 90 ° -Phasenverschiebung zeigt einen Kreis, alles dazwischen ergibt eine Ellipse.

Hier ist ein Diagramm für die Impedanz:

Grundsätzlich besteht Impedanz aus zwei Dingen: Reaktanz und Widerstand , wodurch der Widerstand eine Teilmenge der Impedanz ist.

Um die Berechnungen zu vereinfachen, verwenden wir komplexe Zahlen, um die Impedanz auszudrücken. Auf diese Weise können wir die Impedanz , wobei der Widerstand ist, die imaginäre Zahl ist und die Reaktanz ist. Wenn wir etwas über komplexe Zahlen nachdenken, werden wir sehen, dass Null ein gültiger Wert für . In diesem Fall haben wir nur Widerstand und keine Reaktanz. Es ist nicht falsch zu sagen, dass eine reine ohmsche Last eine Impedanz aufweist, da die Impedanz aus Widerstand und Reaktanz besteht. Mit der Zeit scheint der Begriff Impedanz jedoch darauf hinzudeuten, dass eine gewisse Reaktanz vorliegt.$Z=R+jX$$R$$j$$X$$X$

Ein weiteres Problem mit dem Begriff Impedanz ist , dass es hauptsächlich für Wechselstromkreise verwendet wird und aus irgendeinem Grund Menschen in der Regel zuerst Gleichstromkreisen ausgesetzt sind. Der Grund, warum die Impedanz für Gleichstromkreise nicht verwendet wird, liegt in der Natur der Reaktanz. Grundsätzlich gibt es für die Reaktanz drei Fälle: Wenn die Reaktanz Null ist, wenn sie positiv ist und wenn sie negativ ist.

In Fällen positiver Reaktanz haben wir meistens eine induktive Impedanz und die Formel für die Impedanz lautet , wobei die Winkelfrequenz und die Induktivität des Elements ist. Mit Gleichstrom ist die Frequenz Null und daher ist auch der Imaginärteil der Impedanz Null, was uns nur Widerstand gibt. Da der Widerstand häufig erheblich niedriger als die Reaktanz ist, wird angenommen, dass eine ideale Spule keinen Widerstand aufweist und in Gleichstromkreisen ein Kurzschluss vorliegt.$Z=R+j \omega L$$\omega=2 \pi f$$L$

Bei negativer Reaktanz haben wir meist kapazitive Impedanz und die Impedanzformel lautet . In Gleichstromkreisen nähert sich die Frequenz Null, und die Reaktanz nähert sich unendlich. Aus diesem Grund werden ideale Kondensatoren in Gleichstromkreisen als offener Stromkreis modelliert.$Z=R+ \frac{-j}{\omega C}=R-\frac{j}{\omega C}$

Es gibt auch die Umkehrung der Impedanz, die als Admittanz bezeichnet wird. Es ist im Grunde genommen , wobei die Leitfähigkeit ist und ist Suszeptanz.$Y=Z^{-1}=G+jB$$G=\frac{R}{R^2+X^2}$$B=\frac{-X}{R^2+X^2}$

UPDATE Leider bin ich nicht so weit fortgeschritten, so dass ich Ihnen keine gute Antwort auf das Update geben kann. Grundsätzlich wirkt jeder Teil der Schaltung als eine Kombination aus einem Widerstand, einer Induktivität und einem Kondensator. Die Induktivität eines Drahtstücks kann beispielsweise nach dem Biot-Savart-Gesetz oder dem Gaußschen Gesetz berechnet werden .

Die Kapazität kann unter anderem unter Verwendung des Gaußschen Gesetzes für das elektrische Feld oder des Coulombschen Gesetzes berechnet werden . Die Grundidee ist, eine Ladung am Körper anzunehmen und eines der beiden Gesetze zu verwenden, die ich erwähnt habe, um ein elektrisches Feld zu beschreiben, um das Potential des Körpers in Bezug auf einen Punkt im Unendlichen zu erhalten. Danach kann die Kapazität mit der Formel .$Q$$C= \frac{Q}{V}$

Soweit ich weiß, gibt es heute elektronische Entwicklungsprogramme, mit denen die Induktivität und Kapazität von Leiterbahnen automatisch aus dem Leiterplattenlayout selbst berechnet werden kann. Die Gesetze, die ich zur Verfügung gestellt habe, funktionieren, aber die Induktivität und Kapazität von Leiterbahnen auf einer Leiterplatte zu berechnen, wäre ziemlich kompliziert.

UPDATE 2

Die Reaktanz kann mit verschiedenen Arten von Instrumenten gemessen werden, je nachdem, welche Werte Sie erwarten, welche Präzision Sie benötigen und welcher Instrumententyp für einen bestimmten Schaltkreis einfacher zu verwenden ist.

Sie können zum Beispiel ein "einfaches" Multimeter verwenden, um die Kapazität und Induktivität einer Leiterbahn zu messen. Für bessere Ergebnisse kann ein spezieller Multimeter-Typ namens RLCmeter verwendet werden. Es zeigt exakten Widerstand und Reaktanz bei einer bestimmten Frequenz und die meisten besseren Modelle können Induktivität und Kapazität anzeigen. Dies ist praktisch, da in einigen Situationen ein äquivalenter Serienwiderstand von beispielsweise einem Kondensator wichtig sein kann und nicht mit einem einfachen Multimeter gemessen werden kann.

In einigen Fällen kann sogar ein Oszilloskop verwendet werden, um die Reaktanz zu sehen. Die Reaktanz beeinflusst die Signale, die die Kurve durchlaufen, und solche Effekte können mit einem Oszilloskop erfasst werden, und dann kann die Reaktanz aus den Auswirkungen auf die Schaltung bestimmt werden.

Was den beabsichtigten Teil betrifft, so sind Induktivität und Kapazität natürliche Phänomene, die unvermeidlich sind und immer auftreten werden. Bei einigen Schaltungen kann der Entwickler besondere Aufmerksamkeit auf sie richten, da sie die Art und Weise ändern können, wie sich ein Signal durch die Ablaufverfolgung ausbreitet. Dies ist insbesondere in der modernen digitalen Hochfrequenzelektronik üblich. Auf der anderen Seite muss der Entwickler in einigen Schaltkreisen (z. B. digitaler Niederfrequenzelektronik, reinen Gleichstromsystemen usw.) der Reaktanz möglicherweise nicht viel Aufmerksamkeit schenken und kann einfach "zulassen".