电阻、电容和线圈的阻抗关系

前言

在交流电路中使用的 “阻抗 ”和 “直流电阻 ”有什么区别？

另外“特性阻抗 “和 ”阻抗 "的单位都是相同的[Ω]，但它们有什么区别呢？

我们现在就来解释这些问题。

01阻抗表示电流通过的阻力

对于电路设计师而言这个专业术语并不陌生，但 “阻抗 ”究竟代表什么呢？

由于阻抗[Z]和直流电阻[R]的单位都是 “Ω”，因此直观上看来，它们表示的是电流[I]通过的难易程度以及电压[V]和电流[I]之间的比值。如果用电流通过的难易程度来表示欧姆定律，如下方公式 (1) 所示：

如果要表示电压与电流的比值，具体表现公式为 (2) ：

其中符号[Z]表示阻抗，[R]表示直流电阻，在这里需要分别进行特殊说明。如字母所示，直流电阻表示直流电流途径元器件时，元器件两端产生的阻抗或电压。另一方面，阻抗扩展了直流电阻的概念，表示电阻（电流通过的难易程度）或施加交流电时电压与电流的比率。直流电在这里被认为是频率为 0 赫兹的交流电。

因此，“阻抗 ”和 “直流电阻 ”基本上同属一个概念，其中“直流电阻 ”仅代表处理直流电的特殊情况，而 “阻抗 ”则表示处理交流电（包括直流电）的电阻。在实际应用中，“阻抗 ”和 “直流电阻 ”常常被区分开来，“阻抗 ”指的是对交流电的电阻，而 “直流电阻 ”指的是对直流电的情况。

02电阻、电容和线圈的阻抗

有关电阻、电容和线圈的阻抗关系如图 1~3 所示，其中横轴表示频率，纵轴表示阻抗。理想情况下的电阻、电容和线圈的阻抗如图1所示。而实际电阻、电容和线圈的表现要复杂一些，因为它们各自都有轻微的电感、电容和电阻成分。我们将在下一次进行解释。

有关电阻器的阻抗与频率有关，虚部为零，实部不变。对于电阻而言，“阻抗”=“直流电阻”。因此，就电阻而言，没有必要了解阻抗和直流电阻。(见图 1）

图一

电容的阻抗，有一个随频率反向减小的虚部和一个在所有频率都下降为零的实部。它对直流电流同样适用。（参考图2）

图二

线圈的阻抗，随着虚部的增加与频率呈现正比关系。实部在所有频率下均为零。对直流电流而言属于短路。（参考图3）

图三

03阻抗实部和虚部的含义

电容和线圈的用复数容抗表示，并根据频率的不同而增减。此外，电阻只有实部，而电容和线圈只有虚部。此外，电容的阻抗是负的。那么负阻抗又代表什么？、

阻抗的实部和虚部又是什么意思？

事实上，阻抗的实部代表实际电阻值，当交流或直流电通过时就会产生电力损耗，而虚部在交流电通过时不会产生损耗，而是以电场和磁场的形式储存电能。如果是电容，交流电会以电场能的形式储存在电容内。如果是线圈，则以磁场能储存在线圈周围。换句话说，当交流电流经电容和线圈时，它们并不像电阻那样消耗电能，而是将其作为电磁场能储存在元件内部。因此需要一个真正的元件将其作为电能消耗掉，就像电阻一样。

因为电压相对于交流电延迟了 90°，电容的阻抗（虚部）为负。对于线圈，阻抗则为正，因此电压相对于电流前进 90°。在电阻中，没有虚部只有实部，因此相对于交流电而言没有电压相位差。这就是阻抗的真正本质。

总结

有关阻抗可以总结为以下几点：

电阻、电容和线圈中的交流电通导难度，亦或是交流电压与交流电流的比值。

阻抗的实部是电阻值，实际消耗电量，而虚部储存能量，不消耗电量。

如果阻抗的虚部为正，则交流电压相对于交流电流前进 90 度，如果为负，则交流电压后退 90 度。

当电容中没有电荷时，电容两端的电压为零。在这种状态下，当交流电流经电容时，电荷以电场能的形式储存在电容器内，电容两端电压升高，电流减小。当电荷储存到电容的容量时，电流停止流动，电压变得与供给电压相同。这意味着当电容两端电压为零时，会有更多的电流流过，电流随着电压的增加而减小，最终电流为零，电容的电压等于供给电压。这意味着电压的相位滞后于电流。

当交流电加在线圈上时，会与线圈电感产生相应的电压。这意味着，当交流电流经线圈时，会产生磁场。但空间不喜欢突然产生的磁场，因此线圈两端会产生电压，以抑制磁场的产生。将其与惯性定律相比较，就很容易理解了。在惯性定律中，静止的物体试图保持静止，而运动的物体试图保持运动。这是因为空间不喜欢变化，而交流电产生的磁场也同样不喜欢变化，因此线圈两端都会产生电压。就线圈而言，一开始产生的电压会随着电流的流动而减小，最终变为零，因此电流保持不变。电容的情况正好相反，电压与电流同相。

您现在了解阻抗的概念了吗？

在本系列的下一篇文章中，我们将继续讨论特性抗阻。

（本文作者：JAE（日本航空电子） 连接器事业部 产品企划课 池田浩昭）