阻抗(Impedance)的公式如式一,從這個(gè)公式可以得知三個(gè)被動(dòng)組件在阻抗中扮演的角色,實(shí)部的阻(電阻)與虛部的抗(電容與電感),現(xiàn)實(shí)環(huán)境中被動(dòng)組件皆存在不理想的情況,純電阻、純電感、純電容僅在教科書上討論理想狀況時(shí)出現(xiàn),實(shí)務(wù)應(yīng)用必須考慮因?yàn)榧纳M件產(chǎn)生的不理想情況,因?yàn)榧纳M件使得電容中有電感;電感中有電容,所以在諧振頻率后會(huì)發(fā)生電抗特性的變化,因此了解并測量諧振頻率至關(guān)重要。
電容的電抗公式如式二,隨著頻率 f 增加,XC 電抗會(huì)越小,電容通高頻阻低頻,直流為開路。
電感的電抗公式如式三,隨著頻率 f 增加,XL 電抗會(huì)越大,電感通低頻阻高頻,直流為短路。
什么是諧振與諧振頻率?
電路中有電容及電感,當(dāng)感抗等于容抗便是所謂的諧振(式四),通過這個(gè)定義可計(jì)算出諧振頻率(式五)
為何此諧振頻率點(diǎn),對于被動(dòng)組件特性測量有重要意義?
我們可以說,當(dāng)施加于此組件的頻率低于諧振頻率,大致上都遵照理想組件特性產(chǎn)生響應(yīng),不過一旦施加高于此諧振頻率,就會(huì)呈現(xiàn)相反的特性,也就是電容性電抗會(huì)變?yōu)殡姼行噪娍梗粗嗳弧?
以圖A為例,是電容器的頻率響應(yīng)圖,橫軸是施加的頻率,縱軸是組件對應(yīng)出的電抗;其中紅色筆直的斜線,是理想的組件特性,頻率越高電抗越小(可從式二得知),但實(shí)際上,當(dāng)頻率高于諧振頻率后,電抗隨著頻率增加不降反升,也就是開始呈現(xiàn)反轉(zhuǎn)的特性。
那為何會(huì)電抗不降反升? 圖B/C可以看到電容上串聯(lián)的寄生電感,當(dāng)高于諧振頻率,寄生電感所產(chǎn)生的電抗大于電容的電抗,又因?yàn)槭谴?lián)的寄生電感,所以等效電抗會(huì)增大。也可以簡單的換句話說,此時(shí)的寄生電感變成主角,所以才會(huì)呈現(xiàn)電感的頻率響應(yīng)特性。
再以圖D為例,是電感組件的頻率響應(yīng),紅色筆直的斜線,是理想的電感器特性,頻率越高電抗越大(可從式三得知),但實(shí)際上,當(dāng)頻率上升高于諧振頻率,電抗隨著頻率增加不升反降,也就是開始呈現(xiàn)反轉(zhuǎn)的特性。
那為何會(huì)開始電抗不升反降? 原因跟前面一樣,圖E可以看到電感上的寄生電容,當(dāng)高于諧振頻率,寄生電容所產(chǎn)生的電抗小于電感的電抗,電流會(huì)往阻礙小的地方走,所以電流紛紛轉(zhuǎn)走向寄生電容的路徑。簡而言之,此時(shí)的寄生電容變成主角,所以才會(huì)呈現(xiàn)電容的頻率響應(yīng)特性。