Poiché la resistenza sta all'analisi del circuito CC, l'impedenza sta all'analisi del circuito CA (o RF). Ora diamo un'occhiata più da vicino a cosa significa, da diverse angolazioni. Non includerò nessuno dei calcoli matematici e dichiarerò solo senza prova le relazioni tra i vari concetti.

1. Nell'analisi circuitale semplice e idealizzata di circuiti CC o digitali, spesso presumere che molti elementi siano ideali e non abbiano resistenza , ad eccezione di cose che consideriamo carichi . Ma in realtà lo fanno: se cortocircuitate una batteria, allora l'universo non finisce, sia perché contiene solo una quantità finita di energia, sia perché esso e il filo hanno entrambi una resistenza interna, solitamente indesiderata. (Mentre nella simulazione, se cortocircuitate una sorgente di tensione, il simulatore si fermerà con un errore.) La resistenza è ovunque.

2. La grande idea ingegnosa nell'analisi CA è che tu Puoi, fino a un certo punto, usare le stesse formule che fai nell'analisi DC anche se le tensioni e le correnti cambiano continuamente, purché siano tutte sinusoidi. Ma, fisicamente, c'è un nuovo fenomeno che capita semplicemente di mettersi in fila per far funzionare la matematica.

   In una vera analisi DC (niente sta cambiando affatto, non c'è tempo), l'unico modo - per parlare liberamente: il flusso di elettricità può essere influenzato dall'aggiunta di una resistenza, che converte l'energia elettrica in calore.

   In un sistema CA, perché abbiamo tensioni e correnti che sono variabili, abbiamo la possibilità di induttanze e capacità - collettivamente, reattanze - che sono entrambi elementi che immagazzinano energia e la rilasciano successivamente . Risulta che questo è esattamente lo stesso di avere uno sfasamento della forma d'onda sinusoidale. (Se non avessimo reattanze nel circuito, tutte le tensioni e le correnti nel circuito sarebbero esattamente in fase e un'analisi DC di un dato istante ti darebbe la risposta giusta.)

3. Succede che la matematica dei numeri complessi sia esattamente lo strumento giusto per capire le reattanze; se generalizzi la resistenza (reale) all'impedenza (complessa), un'impedenza immaginaria è una reattanza.

   Ciò si ricollega al fatto che le reattanze non dissipano potenza sotto forma di calore - gira in cerchio sul piano complesso e tu hai la stessa grandezza.

4. Come la resistenza è ovunque, così è la reattanza.

   • Deliberatamente: un secondo modo in cui la reattanza è diversa dalla resistenza è che è dipendente dalla frequenza: la reattanza di un componente dipende dalla frequenza applicata così come dalla sua induttanza o capacità. Questo effetto viene utilizzato per creare filtri e oscillatori, circuiti che trattano frequenze diverse in modo diverso.

   • Accidentalmente: i segnali elettrici hanno un tempo di propagazione. Pertanto, ci sono ritardi. Pertanto, i segnali possono incontrarsi mentre sono fuori fase, e questo è esattamente lo stesso come se ci fossero reattanze deliberatamente introdotte.

5. Qualsiasi disposizione di due conduttori che trasporta segnali su una distanza significativa è una linea di trasmissione. Poiché c'è distanza, c'è ritardo, che è più o meno lo stesso dell'induttanza. Poiché ci sono due conduttori, c'è capacità tra di loro. Entrambe queste proprietà scalano proporzionalmente alla lunghezza della linea. Per come funziona la matematica, se guardi il lato di ingresso (o uscita) della linea come se fosse un elemento del circuito a due terminali, risulta avere un'impedenza che è un numero reale positivo - che, tuttavia, non è una resistenza in quanto non è dissipativa.

   • Un induttore immagazzina energia nel campo magnetico e la rilascia successivamente.
   • Un condensatore immagazzina energia nel campo elettrico e lo rilascia più tardi.
   • Una linea di trasmissione trasporta energia e la rilascia altrove più tardi.

6. Ora, poiché una linea di trasmissione (ideale) non dissipa potenza, possiamo porci la domanda: cosa succede se il circuito all'estremità in qualche modo non assorbe / dissipa la potenza? Ad esempio, un circuito aperto, con una resistenza di infinito, chiaramente non dissipa potenza, e neanche un cortocircuito, con una resistenza di zero, non lo fa.

   Ciò che si ottiene effettivamente è un riflesso dell'onda: il l'alimentazione ritorna dal lato di ingresso della linea dopo un ritardo. Ciò è generalmente indesiderabile perché non è utile e può anche causare danni.

   Possiamo immaginare che ci sarebbero anche riflessi di entità minore se le proprietà dell'estremità remota fossero "troppo simili a un corto" o "troppo simile a un open". Risulta che queste proprietà sono esattamente caratterizzate e riassunte da un valore di impedenza. Il "punto debole" di tale impedenza dipende dal progetto della linea di trasmissione ed è noto come impedenza caratteristica della linea.

   Se non c'è riflessione del segnale , quindi possiamo concludere che il lato vicino non può dire quando il segnale ha raggiunto il lato lontano. Pertanto la lunghezza della linea non ha importanza. Pertanto, la linea potrebbe essere di lunghezza zero o infinita. Concludiamo che una linea di trasmissione di qualsiasi lunghezza sembra un'impedenza il cui valore è l'impedenza caratteristica, a condizione che anche il circuito all'altro capo abbia quell'impedenza.

   Se il L'estremità non corrisponde, quindi l'estremità vicina avrà un'impedenza che non è l'impedenza caratteristica, ma può essere diversa in qualsiasi direzione sul piano complesso, a seconda dell'ampiezza e della fase esatte della riflessione. (Questo è ciò che illustra un grafico di Smith.)

7. Le riflessioni in un sistema di antenna sono indesiderabili, quindi al di fuori di applicazioni specifiche (filtraggio, divisione / combinazione, sintonizzatori di antenna), ogni componente di un sistema di antenna è generalmente progettato per avere la stessa impedenza su ogni porta (luogo in cui un circuito o una linea di trasmissione ne incontra un altro: fisicamente, un connettore coassiale o bilanciato).

In poche parole, l'impedenza è la combinazione di resistenza e reattanza .

La reattanza è zero quando la corrente e la tensione sono in fase l'una con l'altra.

La resistenza fornisce il rapporto tra tensione e corrente: un ohm equivale a un volt per ampere. Questo è piuttosto importante ^{[citazione necessaria]} per l'analisi e la progettazione dei circuiti. Ma se il circuito contiene condensatori o induttori, la legge e la resistenza di Ohm non funzioneranno più perché i condensatori e gli induttori non hanno resistenza.

Quello che hanno è reattanza . La tensione attraverso un condensatore non può cambiare istantaneamente e la corrente attraverso un induttore non può cambiare nemmeno istantaneamente. Quindi, se collegato a una sorgente CA che cerca costantemente di cambiare corrente o tensione, l'induttore o il condensatore limiterà la tensione o la corrente a una certa quantità finita.

Considera un'oscillazione senza attrito: oscilla sia in velocità che in altezza. Ma quando la velocità è all'altezza massima è zero e quando l'altezza è alla velocità massima è zero. Ciò significa che i due sono sfasati di 90 gradi, che è un altro modo per dire che uno si verifica un quarto di ciclo dopo l'altro.

Lo stesso vale per una sorgente CA collegata a un condensatore o a un induttore . Se il carico è un induttore, un massimo di corrente si verificherà un quarto di ciclo dopo un massimo di tensione e questo è chiamato reattanza positiva. Per un condensatore è l'opposto.

L'ampiezza della reattanza definisce il rapporto tra tensione e corrente, simile alla legge di Ohm in un circuito CC. Un'alta reattanza è come un'alta resistenza: per una data tensione ci sarà meno corrente se la reattanza è più alta.

La reattanza ($ X $) dipende dall'induttanza ($ L $) o dalla capacità ($ C $), ma anche la frequenza ($ f $). Per gli induttori la reattanza è:

$$ X = 2 \ pi f L $$

E per i condensatori:

$$ X = - \, { 1 \ over 2 \ pi f C} $$

Come l'oscillazione senza attrito, una sorgente CA che guida un carico reattivo non funziona: ci vuole un po 'di energia per far funzionare il sistema, ma poi oscillerà per sempre.

Ovviamente, le oscillazioni reali non sono prive di attrito e i circuiti elettrici reali non sono privi di resistenza ¹ . Per analizzare i circuiti reali abbiamo ancora bisogno di resistenza. Se la reattanza viene moltiplicata per $ \ sqrt {-1} $ e quindi aggiunta alla resistenza si ottiene un numero complesso chiamato impedenza.

L'impedenza nei circuiti CA funziona in molti dei la resistenza dei luoghi funziona nei circuiti CC. Ad esempio, può essere utilizzato nella legge di Ohm. Le impedenze in serie si aggiungono (come i resistori) e anche le impedenze in parallelo si combinano come le resistenze in parallelo. La reattanza cambia con la frequenza, il che rende possibile analizzare cose come i filtri che trattano alcune frequenze in modo diverso da altre.

Questo è molto utile per analizzare molti tipi di circuiti, ecco perché quando si legge sui circuiti AC o RF incontrerai l'impedenza così frequentemente.

^{1: Ma per quanto riguarda i superconduttori? Un vero circuito superconduttore deve avere un'area diversa da zero, e quindi farà un'antenna, anche se non molto buona. Sottoposta a una corrente o tensione CA, un po 'di quell'energia verrà irradiata via e quell'energia persa viene modellata come resistenza alle radiazioni. I superconduttori possono anche perdere energia a causa dell'istresi magnetica e di altri fattori. Quindi, anche con i superconduttori, la resistenza non può essere evitata.}

L'impedenza è una combinazione di capacità, induttanza e resistenza a una particolare frequenza.

Alla risonanza, dove la capacità e l'induttanza si bilanciano a vicenda, è dominata dalla resistenza.

Esistono formule per calcolare il contributo di ogni componente, tutte basate sulla frequenza.

Ti suggerisco di pubblicare la stessa identica domanda su Google in questo modo: Cos'è l'impedenza ? - ci sono molte informazioni a riguardo.