インピーダンス

電気インピーダンスとは、回路が電流や電圧の変化に対抗する量のことです。

インピーダンスの書き方は、主に2つあります。第2図「複素インピーダンス平面」参照

  1. 抵抗"R"（実部）とリアクタンス"X"（虚部）で、例えば、Z = 1 + 1 j {displaystyle Z=1+1j}のように {\displaystyle Z=1+1j}
  2. 大きさと位相を持って。{\displaystyle \angle \theta })、例えば Z = 1.4 ∠ 45 ∘ {\displaystyle Z=1.4\angle 45^{\circ }}}のように。{\displaystyle Z=1.4\angle 45^{\circ }}(45度で1.4Ω)

インピーダンスと抵抗はかなり似ています。

抵抗の場合、抵抗器はそれを通過するあらゆる電流に抵抗します。抵抗値が高ければ高いほど、与えられた電流を実現するために必要な電圧が高くなります。式になります。

V = R ∗ I {displaystyle V=R*I}{\displaystyle V=R*I} ここで、Vは電圧、Rは抵抗、Iは電流である。

インピーダンスの場合、インダクタは電流に対して抵抗が変化し、コンデンサは電圧に対して抵抗が変化する。

抵抗とインピーダンスの重要な違いは「変化」という言葉で、変化の速度がインピーダンスに影響を与えます。通常、"変化"は周波数で表され、電流や電圧の方向が変わる毎秒の回数である。式で表されます。

インダクタの場合Z = j 2π f L {displaystyle Z=j2π f L\,} {\displaystyle Z=j2\pi fL\,}

コンデンサの場合Z = 1 j 2 π f C {\displaystyle Z={\frac {1}{j2} {\displaystyle Z={\frac {1}{j2\pi fC}}}

ここで、Ｚはインピーダンスを表す記号、ｊは虚数-１ {\displaystyle {\sqrt {-1}}}である。{\displaystyle \pi }{\displaystyle {\sqrt {-1}}}は定数π、ｆは周波数、Ｌはインダクタンス、Ｃは静電容量である。抵抗とインピーダンスの単位は同じで、Ω記号のΩです。{\displaystyle \Omega }(資本ω)。

上の式で示されるように、インピーダンスは周波数に応じて変化し、例えば、ゼロヘルツ（DC）では、インダクタのインピーダンスはゼロであり、短絡と同じであり、コンデンサのインピーダンスは無限であり、開回路と同じである。ほとんどの信号は、さまざまな周波数での多数の正弦波の和であり（詳細はフーリエ変換を参照）、それぞれが異なるインピーダンスを経験する。

抵抗と同様に、インピーダンスが高いほど、所定の電流を流すために必要な電圧が高くなります。式は次のようになります。

V = Z ∗ I {displaystyle V=Z*I}{\displaystyle V=Z*I} ここで、Vは電圧、Zはインピーダンス、Iは電流である。

物理的なレベルでは、多くのことを単純化する。

  • 抵抗は、抵抗器内の原子と電子が衝突することで発生します。
  • コンデンサのインピーダンスは、電界の生成によって引き起こされます。
  • インダクタのインピーダンスは、磁場の発生によって引き起こされます。

抵抗とインピーダンスの重要な違いの一つは、抵抗はエネルギーを放散し、それは熱くなるが、インダクタとコンデンサはエネルギーを蓄え、それがダウンしたときに、そのエネルギーをソースに戻すことができるということである。

ソース、ケーブル、負荷のインピーダンスがすべて等しくない場合、信号の一部がソースに反射され、電力を浪費し、干渉を引き起こします。反射の割合は、次のようにして計算できます。

Γ = Z L - Z S Z L + Z S {displaystyle Γ ={Z_{L}-Z_{S} \over Z_{L}+Z_{S}}} ここで{\displaystyle \Gamma ={Z_{L}-Z_{S} \over Z_{L}+Z_{S}}} Γ{\displaystyle \Gamma }(資本γ)は反射係数、Z S {\displaystyle Z_{S}}{\displaystyle Z_{S}}はソースのインピーダンス、Z L {\displaystyle Z_{L}は負荷のインピーダンスである。{\displaystyle Z_{L}}

波を持つことのできるどんな媒体でも 波のインピーダンスを持っていて 空の空間（光は 電磁波なので 空間を移動することができる）でも インピーダンスは 約377Ω。{\displaystyle \Omega }.

複素インピーダンス平面のグラフ表示Zoom
複素インピーダンス平面のグラフ表示

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♪A AC supply applying the voltage V V ♪ ♪A AC supply applying voltage V ♪ ♪A AC supply applying voltage V ♪A AC supply applying voltage V ♪A AC supply applying voltage V ♪A AC supply apply the voltage V{\displaystyle \scriptstyle V}, across an impedance Z Z {displaystyle 》 （インピーダンスを越えて）}

インピーダンスが変化したところで信号が一部反射して戻ってきます。Zoom
インピーダンスが変化したところで信号が一部反射して戻ってきます。

フェーズ

抵抗器を介して、電圧と電流が同時に上下すると、それらは位相があると言われていますが、インピーダンスではそれは異なり、電圧は、コンデンサでは電流の後ろに1/4波長、インダクタでは前方にシフトされています。

1/4波長は通常、虚数「j」で表されますが、これも90度のシフトに相当します。

虚数"j"を使用することで数学が非常に簡単になり、抵抗器の場合と同じようにインピーダンスの合計を計算することができる。

コンデンサ（上）を渡ると、電流（青）の後に電圧（赤）が変化し、インダクタ（下）を渡ると前になります。電圧と電流の位相差は1/4波長です。Zoom
コンデンサ（上）を渡ると、電流（青）の後に電圧（赤）が変化し、インダクタ（下）を渡ると前になります。電圧と電流の位相差は1/4波長です。

質問と回答

Q:電気インピーダンスとは何ですか?


A:電気インピーダンスとは、回路が電流や電圧の変化に対して示す抵抗の大きさです。

Q:電気インピーダンスはどのように書けばよいのか?


A:電気インピーダンスは、抵抗R（実部）、リアクタンスX（虚部）、および、大きさ、位相、サイズ、角度で表記することができる。

Q:抵抗とインピーダンスの違いは何ですか?


A: 抵抗とインピーダンスの決定的な違いは「変化」という言葉であり、言い換えれば、変化の割合がインピーダンスに影響を与える。抵抗は電流が流れても抵抗するが、インダクタは電流の変化に、コンデンサは電圧の変化に抵抗する。

Q: 抵抗とインピーダンスに関連する公式にはどのようなものがあるか?


A:抵抗はV=R*I、Vは電圧、Rは抵抗、Iは電流、インダクタはZ=j2πfL、コンデンサはZ=1/j2πfC、ここでZはインピーダンス、jは虚数-1、πは定数π、fは周波数、Lはインダクタンス、Cはコンデンサを表しています。

Q:抵抗とインピーダンスの物理的な説明にはどのようなものがあるか?


A:抵抗は抵抗器内部で電子と原子が衝突して発生し、インダクタのインピーダンスは電界を、コンデンサは磁界を発生させることで発生する。また、抵抗器はエネルギーを散逸させますが、インダクタとコンデンサはエネルギーを蓄積し、それが低下したときに元の状態に戻すことができます。

Q: 反射率はどのように計算するのですか?


A: 反射係数はΓ=(ZL-ZS)/(ZL+ZS)で計算できます。Γは反射係数、ZSは信号源のインピーダンス、ZLは負荷のインピーダンスを表し、Γ=(ZL-ZS)/(ZL+ZS)で計算できます。

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