Impedanssi
Sähköinen impedanssi on virtapiirin vastuksen määrä virran tai jännitteen muutokselle.
Kaksi tärkeintä tapaa kirjoittaa impedanssi ovat: (ks. 2. kuva, "kompleksinen impedanssitaso").
- resistanssi "R" (reaaliosa) ja reaktanssi "X" (imaginääriosa), esimerkiksi Z = 1 + 1 j {\displaystyle Z=1+1j}
- jolla on suuruus ja vaihe (koko | Z | {\displaystyle \left\vert Z\right\vert }
ja kulma ∠ θ θ \displaystyle \angle \theta }) 
), esimerkiksi Z = 1.4 ∠ 45 ∘ {\displaystyle Z=1.4\angle 45^{\circ }} 
(1,4 ohmia 45 asteen kulmassa)
Impedanssi ja resistanssi ovat melko samanlaisia:
Vastuksen tapauksessa vastus vastustaa sen läpi kulkevaa virtaa. Mitä suurempi vastus on, sitä suurempi jännite tarvitaan tietyn virran aikaansaamiseksi. Kaava on seuraava:
V = R ∗ I {\displaystyle V=R*I}
, jossa V on jännite, R on vastus ja I on virta.
Impedanssin tapauksessa induktori vastustaa virran muutoksia ja kondensaattori vastustaa jännitteen muutoksia.
Resistanssin ja impedanssin keskeinen ero on sana "muutos", sillä muutosnopeus vaikuttaa impedanssiin. Yleensä "muutos" ilmaistaan taajuutena, eli kuinka monta kertaa sekunnissa virta tai jännite vaihtaa suuntaa. Kaavat ovat:
Induktorin osalta: Z = j 2 π f L {\displaystyle Z=j2\pi fL\,} 
Kondensaattorin osalta: Z = 1 j 2 π f C {\displaystyle Z={\frac {1}{j2\pi fC}}} 
Jossa Z on impedanssin symboli, j on imaginääriluku - 1 {\displaystyle {\sqrt {-1}}} 
, π {\displaystyle \pi } 
on vakio pi, f on taajuus, L on induktanssi ja C on kapasitanssi. Resistanssin ja impedanssin yksiköt ovat samat, ohmi, jonka symboli on Ω {\displaystyle \Omega}. 
(iso omega).
Kuten edellä esitetyistä kaavoista käy ilmi, impedanssi vaihtelee taajuuden mukaan, esimerkiksi nollahertsin tai tasavirran kohdalla induktorin impedanssi on nolla, mikä vastaa oikosulkua, ja kondensaattorin impedanssi on ääretön, mikä vastaa avopiiriä. Useimmat signaalit ovat monien eri taajuuksilla olevien siniaaltojen summa (katso lisätietoja Fourier-muunnoksesta), ja jokaisella niistä on erilainen impedanssi.
Samoin kuin resistanssin kohdalla, mitä suurempi impedanssi on, sitä suurempi jännite tarvitaan tietyn virran saavuttamiseksi. Kaava on:
V = Z ∗ I {\displaystyle V=Z*I}
, jossa V on jännite, Z on impedanssi ja I on virta.
Fyysisellä tasolla yksinkertaistetaan monia asioita:
- vastus johtuu elektronien törmäyksistä vastusten sisällä olevien atomien kanssa.
- kondensaattorin impedanssi johtuu sähkökentän syntymisestä.
- induktorin impedanssi johtuu magneettikentän syntymisestä.
Yksi tärkeä ero resistanssin ja impedanssin välillä on se, että vastus hukkaa energiaa, se kuumenee, mutta induktori ja kondensaattori varastoivat energiaa ja voivat palauttaa sen lähteeseen, kun se sammuu.
Jos lähteen, kaapelin ja kuorman impedanssi ei ole sama, osa signaalista heijastuu takaisin lähteeseen, jolloin virtaa tuhlataan ja syntyy häiriöitä. Heijastussuhde voidaan laskea seuraavasti:
Γ = Z L - Z S Z L + Z S {\displaystyle \Gamma ={Z_{L}-Z_{S} \over Z_{L}+Z_{S}}
missä Γ {\displaystyle \Gamma}} 
(pääoman gamma) on heijastuskerroin, Z S {\displaystyle Z_{S}}
on lähteen impedanssi, Z L {\displaystyle Z_{L}}
on kuorman impedanssi.
Kaikilla väliaineilla, joissa voi olla aalto, on aaltoimpedanssi, jopa tyhjällä avaruudella (valo on sähkömagneettinen aalto ja se voi kulkea avaruudessa) on impedanssi noin 377 Ω. .
Vaihtovirtalähde, joka syöttää jännitteen V {\displaystyle \scriptstyle V} 
impedanssin Z {\displaystyle \scriptstyle Z} yli. 
, joka ohjaa virtaa I {\displaystyle \scriptstyle I} 
Signaali heijastuu osittain takaisin, kun impedanssi muuttuu.
Kompleksisen impedanssitason graafinen esitys
Vaihe
Vastuksen yli sekä jännite että virta nousevat ja laskevat samanaikaisesti, niiden sanotaan olevan samassa vaiheessa, mutta impedanssin kanssa tilanne on erilainen, jännite siirtyy 1/4 aallonpituudella kondensaattorissa virran taakse ja induktorissa eteenpäin.
1/4 aallonpituus esitetään yleensä imaginääriluvulla "j", joka vastaa myös 90 asteen siirtymää.
Kuvitteellisen luvun "j" käyttö tekee matematiikasta paljon yksinkertaisempaa, sillä sen avulla voidaan laskea kokonaisimpedanssi samalla tavalla kuin se tehdään vastusten kanssa, esimerkiksi vastus plus impedanssi sarjassa on R+Z, ja rinnakkain se on (R*Z)/(R+Z).
Kondensaattorin yli (ylhäällä) jännite (punainen) muuttuu virran (sininen) jälkeen, induktorin yli (alhaalla) ennen sitä. Jännitteen ja virran vaihe-ero on 1/4 aallonpituutta.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on sähköinen impedanssi?
V: Sähköinen impedanssi on virtapiirin vastuksen määrä virran tai jännitteen muutokselle.
K: Miten sähköinen impedanssi voidaan kirjoittaa?
V: Sähköinen impedanssi voidaan kirjoittaa resistanssilla "R" (reaaliosa) ja reaktanssilla "X" (imaginääriosa) sekä suuruudella, vaiheella, koolla ja kulmalla.
K: Mitä eroa on resistanssin ja impedanssin välillä?
V: Resistanssin ja impedanssin keskeinen ero on sana "muutos"; toisin sanoen muutosnopeus vaikuttaa impedanssiin. Resistanssi vastustaa sen läpi kulkevaa virtaa, kun taas induktori vastustaa virran muutoksia ja kondensaattori vastustaa jännitteen muutoksia.
Kysymys: Mitkä ovat resistanssiin ja impedanssiin liittyviä kaavoja?
V: Resistanssin osalta V=R*I, jossa V on jännite, R on resistanssi ja I on virta; induktoreiden osalta Z=j2πfL; kondensaattoreiden osalta Z=1/j2πfC; jossa Z edustaa impedanssia, j edustaa mielikuvituslukua -1 , π edustaa vakiota pi, f edustaa taajuutta, L edustaa induktanssia ja C edustaa kapasitanssia.
Kysymys: Mitä fysikaalisia selityksiä on resistanssin ja impedanssin väliselle suhteelle?
V: Resistanssi aiheutuu elektronien törmäämisestä vastusten sisällä oleviin atomeihin, kun taas induktorin impedanssi syntyy sähkökentän luomisesta ja kondensaattorin impedanssi syntyy magneettikentän luomisesta. Lisäksi vastukset hukkaavat energiaa, kun taas induktorit ja kondensaattorit varastoivat energiaa, joka voidaan sitten palauttaa lähteeseen, kun se laskee.
K: Miten lasketaan heijastuskerroin?
V: Heijastuskerroin voidaan laskea käyttämällä Γ=(ZL-ZS)/(ZL+ZS), jossa Γ (iso gamma) tarkoittaa heijastuskerrointa; ZS tarkoittaa lähteen impedenssiä; ZL tarkoittaa kuorman impedenssiä.
