Impedanca in reaktanca

1. Impedanca in reaktanca

2. Impedanca • Impedanca (simbol Z) je merilo za lastnost vezja, ki nam pove koliko vezje omejuje tok. • Impedanco si lahko predstavljamo kot izmenično upornost, ki poleg upornosti upošteva še kapacitivnost ininduktivnost. • Impedanco merimo v ohm-ih Ω. • Impedanca se spreminja s frekvenco. • Upornost je neodvisna od frekvence. • Včasih uporabljamo izraz impedanca tudi za vezja, (vhodna impedanca izhodna impedanca) ki nimajo kapacitivnosti ali induktivnosti. Kot bomo videli v nadaljevanju je takšna uporaba povsem pravilna.

3. Impedanco (Z) določajo štiri električne veličine: • upornost (R)  • kapacitivnost (C) • induktivnost (L) • frekvenca (f) • Impedanco sestavljata dve komponenti • Upornost (R) (del ki je neodvisen od frekvence) • Reaktanca (X) (del ki se spreminja s frekvenco) • Kapacitivnost in induktivnost povzročata fazni zamik med tokom in napetostjo, zato obeh delov (R in X) ne moremo preprosto sešteti. • Dela R in X sta fazno zamaknjena zato jih seštevamo kot vektorje. In ker sta zamaknjena za 90° je seštevanje kljub temu relativno enostavno. Fazni zamik pomeni da napetost in tok nista v fazi. Se pravi ko je napetost največja tok ni največji in obratno.

4. Reactanca, X • Reactanca(simbol X) je merilo omejevanja toka kapacitivnosti in induktivnosti. • Reactanca se spreminja s frekvenco (je odvisna od frekvence) • Merimo jo v ohm-ih Ω. • Poznamo dva tipa reaktance: • Kapacitivna reaktanca (XC). (ogledali smo si jo v povezavi z kondenzatorjem) • Induktivna reaktanca (XL). • Skupna reaktanca (X) je razlika med njima:  X = XL - Xc

5. Induktivna reaktanca (XL). • XL  je majhna pri nizkih frekvencah in velika pri visokih frekvencah.Za enosmerno napetost (f=0Hz) je XL =0Ω • Induktivnost prepušča DC in blokira AC. • Primer: L=1mH tuljava ima reaktanco0.3Ω pri 50Hz , pri 10kHz pa je reaktanca že 63Ω.

6. Vhodna impedanca ZIN • Vhodna impedanca (ZIN) je impedanca ki jo "čuti" naprava – vezje priključeno na vhod. To je kombiniran vpliv vseh upornosti, kapacitivnosti in induktivnosti ki so povezane na vhod znotraj vezja. • Pri vezjih kjer nastopajo samo upornosti lahko uporabljamo izraz vhodna impedanca ali vhodna upornost. • Vpliv kapacitivnosti in induktivnosti se s frekvenco spreminja, torej se spreminjala tudi vhodna impedanca (če sta prisotna L,C). • Navadno mora biti vhodna impedanca velika, vsaj 10x večja od naprave – komponente ki jo priključimo na vhod. To zagotavlja da vhod ne bo preobremenil izvora signala.

7. Izhodna impedanca • Izhodna impedanca naprave – vezja jeekvivalentna impedanca, kot če bi bilo vezjesestavljeno samo iz ene impedance in idealneganapetostnega vira. Takšni poenostavitvi rečemo tudi ekvivalentno vezje. Ekvivalentno vezje opiše vse napetostne vire, upornosti, kapacitivnosti, induktivnosti, ki vplivajo na izhodni signal. • UO  navadno ni enaka Us (napajalni napetosti). • Izraz izhodna impedanca lahko uporabljamo tudi takrat kadar je reaktanca nič. • Vpliv kapacitivnosti in induktivnosti se s frekvenco spreminja, torej se spreminjala tudi izhodna impedanca (če sta prisotna L,C). • Navadno želimo imeti izhodno impedanco majhno. Manjšo od desetine impedance bremena. Breme je lahko ena komponenta ali pa vhodna impedanca drugega vezja.

8. Majhna izhodna impedanca, ZOUT << ZLOADVečina UO se pojavi na bremenu, navadno je to najboljša izbira kadar želimo največjo napetost na vhodu. • Enake impedance, ZOUT = ZLOADPolovica UO se pojavi na ZOUT druga polovica pa na  ZLOAD. Takšna izbira je najboljša kadar želimo da se med izhodom in bremenom prenese kar največja moč. (ojačevalec - zvočnik) Ker se enaka moč troši na izhodni impedanci in bremenu je 50%. • Visoka izhodna impedanca ZOUT >> ZLOADPrenese se majhna napetost, takšna povezava je neučinkovita.

9. Izhodna upornost napetostnega delilnika • Za velik izhodni signal (napetost) mora biti izhodna impedanca napetostnega delilnika veliko manjša od vhodne impedance vezja na katerega je napetostni delilnik povezan. Idealno naj ni bila izhodna impedanca 1/10 vhodne impedance. • Ekvivalentno vezje napetostnega delilnika je samo upornost, zato lahko uporabimo tudi izraz izhodna upornost ROUT. • Napetost odprtih sponk je napetost na sponkah kadar na izhod ni priključeno nobeno breme Iout=0.

10. V večini primerov je en od uporov napetostnega delilnika realiziran z pretvornikom (senzor, npr fotoupor) • Ker se njegova upornost spreminja, se bosta spreminjala tudi V0 in ROUT. • Če želimo da je ROUTmajhna moramo pri izračunu upoštevati največjo vrednost, ki jo pretvornik lahko zavzame. Primer: R1 = 10kΩin R2 je fotoupor (LDR) z min 1kΩ in max 1MΩ, torej bo ROUT=10k×1M/(10k+1M) =9.9kΩ(say 10kΩ). To pomeni da mora imeti vezje kamor bomo napetostni delilnik priključili vhodno impedanco vsaj 100kΩ.