阻抗的概念，你真的懂了嗎？

本文將簡(jiǎn)要說明阻抗的概念。阻抗就是阻力和電抗的結(jié)合。簡(jiǎn)而言之, 阻抗可以理解為交流電路中的無源元件減少或阻礙電流的程度。這同樣適用于高頻無線電應(yīng)用或高頻數(shù)字電路應(yīng)用, 因?yàn)樗羞@些應(yīng)用都具有共同之處, 即它們?cè)谌魏沃芷谛圆ㄐ沃卸季哂心撤N形式的電壓變化（注意：這并非僅局限于正弦波）。一些直流波形可以通過穩(wěn)定的直流輸入進(jìn)行操作, 其中包括方波、鋸齒波、三角波和其他脈沖模式。

阻抗和電阻之間的主要區(qū)別在于電路工作頻率。直流應(yīng)用的輸入和/或輸出往往沒有頻率（暫時(shí)忽略時(shí)鐘產(chǎn)生和其他振蕩設(shè)計(jì)）。電路達(dá)人應(yīng)熟悉電阻、電容、電感兩端的電壓、電流和功率的一般等式。在直流電路中用這些微積分表達(dá)式求解等式已經(jīng)很難了。

以下是電容上電壓和電流的等式：

以下是電感器上電壓和電流的等式：

由于目前輸入電壓隨時(shí)間變化（電流也是如此）, 所以使用相同的等式在交流電中求解等式就變得更加困難。幸運(yùn)的是, 繼傅立葉變換之后業(yè)界又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)省時(shí)捷徑。該方法將電感和電容的復(fù)雜等式轉(zhuǎn)換為虛數(shù)（復(fù)數(shù)）, 因而可使用相同的基本直流分析技術(shù)（歐姆定律和直流分析中的其他方法）來求解電路。以下是通過轉(zhuǎn)換到頻域得出的適用等式：

1. 電阻

其中：Rn等于一個(gè)以歐姆為單位的電阻N的電阻值。

注意：采用MLCC 設(shè)計(jì)的現(xiàn)代器件具有更高的工作頻率, 但仍有許多元器件的頻率在 1至 3 兆赫的范圍內(nèi)。在較低頻率（通常將低于1至3兆赫視為低頻）下, 電阻（Zr）的阻抗就等于電阻值。以下電容不變且電感不變的低頻零件也是如此。

2. 電容

其中：

ω=2?π?f；f=頻率(Hz)

Cn是一個(gè)以法拉為單位的電容N的電容值。

因?yàn)殡娏魍ǔＳ米帜浮癷”表示, 所以引用字母“j”是電路分析中的慣例, 從而避免引起混淆。此外, 分析中的另一個(gè)慣例是使用弧度和角頻率, 而不是使用線性頻率和度數(shù)。

3. 電感器

其中:

ω=2?π?f；f=頻率(Hz)

Ln等于以亨利為單位的電感器N的電感值。

在進(jìn)行任何分析之前, 必須轉(zhuǎn)換交流電路中的每一項(xiàng)。阻抗的測(cè)量單位也是歐姆, 并且當(dāng)說或者寫測(cè)量值時(shí), 通常省略 “j”/ 復(fù)數(shù) 部分。以下是阻抗計(jì)算示例：

對(duì)于電感值為50微亨利（50μH）, 且電壓源/電流源的頻率為1000赫茲（1kHz）的電感器, 其阻抗的計(jì)算方式如下：

歐姆測(cè)量值通常在“j”之后得出。當(dāng)在報(bào)告中說出或?qū)懗鰆時(shí), 通常會(huì)將j刪除, 以免造成混淆。所以, 此特定電感在1kHz頻率下的阻抗是314毫歐。“j”只有在電路分析中使用時(shí)才重要, 因?yàn)樘摬繘Q定了周期波的相移。相關(guān)分析主題可根據(jù)要求做進(jìn)一步討論。

請(qǐng)注意, 大部分規(guī)格書所列出的阻抗都是關(guān)于整體輸入/輸出阻抗, 而不會(huì)列出電路或設(shè)計(jì)中的所有阻抗值。除了專門討論阻抗之外, 這與直流電路中的總電阻或有效電阻都具有相同的概念。

確定脈沖直流信號(hào)等特殊應(yīng)用的阻抗比我所述的知識(shí)更復(fù)雜, 但總的來說, 同樣的理念仍然適用?，F(xiàn)代設(shè)備可隨處通過這些類型的信號(hào)以幾兆赫到幾千兆赫的頻率運(yùn)行。由于這些頻率水平可能會(huì)引起不同組件混用而產(chǎn)生的設(shè)計(jì)問題, 所以仍然需要考慮阻抗。

設(shè)計(jì)需要具體到選擇合適的電纜, 從而確保PCB走線不要太靠近, 且必須考慮電容、電感和電阻的正確值及其工作頻率, 接地層必須采用特殊設(shè)計(jì), 屏蔽必須采用特定材料來減少EMI輻射, 并滿足除此以外的更多要求。

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