Elektrisk impedans: Hvad er det?

Hvad er elektrisk impedans?

I elektronik er elektrisk impedans målet for den modstand, som en kredsløb præsenterer for en strøm, når der anvendes en spænding. Impedans udvider begrebet modstand til vekselsstrøm (AC) kredsløb. Impedans har både størrelse og fase, imod modstand, som kun har størrelse.

Imod elektrisk modstand afhænger den elektriske impedans' modstand af kredsløbsfrekvensen. Modstand kan opfattes som impedans med en fasevinkel på nul.

I et ren induktivt kredsløb falder strømmen 90° (elektrisk) i forhold til den anvendte spænding. I et ren kapacitivt kredsløb leder strømmen 90° (elektrisk) i forhold til den anvendte spænding. I et ren resistivt kredsløb følger strømmen ikke heller den anvendte spændning. Når et kredsløb drevet med gennemstrøm (DC), er der ingen forskel mellem impedans og modstand.

I et praktisk kredsløb, hvor både induktiv reaktans og kapacitiv reaktans findes sammen med modstand, eller enten kapacitiv eller induktiv reaktans findes sammen med modstand, vil der være en ledende eller forsinkende effekt på kredsløbets strøm, afhængigt af reaktansens og modstandens værdi i kredsløbet.

I et AC-kredsløb kaldes den samlede effekt af reaktans og modstand for impedans. Impedans angives normalt med det engelske bogstav Z. Værdien af impedans repræsenteres som

Hvor R er kredsløbets modstands-værdi, og X er kredsløbets reaktans-værdi.
Vinklen mellem den anvendte spænding og strømmen er

Induktiv reaktans tages som positiv, og kapacitiv reaktans tages som negativ.

Impedans kan repræsenteres i kompleks form. Dette er

Den reelle del af en kompleks impedans er modstand, og den imaginære del er kredsløbets reaktans.

Lad os anvende en sinusformet spænding Vsinωt på en ren induktor med induktans L Henry.

Udtrykket for strømmen gennem induktoren er

Fra udtrykket for strømformen gennem induktoren er det klart, at strømmen følger den anvendte spændning med 90° (elektrisk).

Lad os nu anvende samme sinusformet spænding Vsinωt på en ren kapacitor med kapacitans C farad.

Udtrykket for strømmen gennem kapacitoren er

Fra udtrykket for strømformen gennem kapacitoren er det klart, at strømmen leder den anvendte spændning med 90° (elektrisk).

Nu forbinder vi samme spændingskilde til en ren resistor med værdi R ohm.

Her er udtrykket for strømmen gennem resistoren

Af dette udtryk kan man konkludere, at strømmen har samme fase som den anvendte spændning.

Impedans af et serie RL-kredsløb

Lad os härleder udtrykket for impedansen i et serie RL-kredsløb. Her er en resistor med værdi R og en induktor med værdi L forbundet i serie. Reaktansens værdi for induktoren er ωL. Derfor er udtrykket for impedans i kompleks form

Den numeriske værdi eller mod-værdi af reaktansen er

Impedans af et serie RC-kredsløb