正弦交流電路的阻抗、導納及等效轉換

2021-01-08 電子產品世界

前面幾節已導出電阻、電感和電容元件上電壓與電流的相量關係,引入了電抗和容抗的概念。當電路中激勵源為單一頻率的正弦交流電時,各支路響應電壓電流也為同頻率的正弦量。所以在正弦穩態電路中,任何一個線性的無源二端網絡都可以用一個複數阻抗和導納來表示。

下面考慮RLC串聯電路的情況。設在RLC串聯電路的兩端加角頻率為的正弦電壓激勵,如圖3-8-1a所示,由前述分析可知,在串聯電路中可產生與激

圖 3-8-1

勵電壓同頻率的正弦交流電流i。根據基爾霍夫電壓定律,可得到相量形式的電壓方程

(3-8-1)

令串聯電路中電流表達式為,相量形式為,根據前幾節所述,電壓方程可表示為

(3-8-2)

式中,為該串聯電路的等效復阻抗,它等於端電壓相量與電流相量的比值。阻抗Z的實部為電路的電阻值,虛部為電路的電抗。電抗等於感抗與容抗的差值,它是一個帶符號的代數量。複數阻抗可表示成極坐標的形式

(3-8-3)

式中,z為阻抗的模,為阻抗角,

對於任意複雜的無源一埠網絡,當在埠外加一個正弦電壓(或電流)激勵時,網絡中各支路的電流(或電壓)均為與激勵源同頻率的正弦函數。類似於線性電阻一埠網絡可用一個等效電阻來表示一樣,對於任何一個線性無源一埠網絡,也可以用一個等效的入端阻抗或導納來表示。一埠網絡的阻抗Z定義為入端電壓相量與入端電流相量之比,即有:

式中取電壓與電流為關聯參考方向。入端導納Y定義為入端電壓與入端電壓之比,即:

式中電壓與電流也取關聯參考方向。

在實際電路計算中,阻抗和導納之間的互相轉換需根據電路串並聯情況而定,下面舉例加以說明。

例3-8-1 圖3-8-3所示電路中,已知,試求該電路的入端阻抗。若外加電壓,求各支路電流。

圖 3-8-3

解:先求cb端右面等效阻抗,阻抗的等效導納

則:

cb右端等效阻抗:

電路入端阻抗:

,則:


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