Impedans
Elektrisk impedans är den mängd motstånd som en krets utgör mot ström- eller spänningsändringar.
De två huvudsakliga sätten att skriva en impedans är: (se den andra figuren, "komplext impedansplan")
- med motståndet "R" (reell del) och reaktansen "X" (imaginär del), till exempel Z = 1 + 1 j {\displaystyle Z=1+1j}
- med en magnitud och en fas (storleken | Z | {\displaystyle \left\vert Z\right\vert }
och vinkeln ∠ θ {\displaystyle \angle \theta } 
), till exempel Z = 1,4 ∠ 45 ∘ {\displaystyle Z=1.4\angle 45^{\circ }} 
(1,4 ohm vid 45 grader)
Impedansen och motståndet är ganska lika:
När det gäller motstånd motstår ett motstånd all ström som går genom det. Ju högre motstånd, desto högre spänning krävs för att uppnå en viss ström. Formeln är:
V = R ∗ I {\displaystyle V=R*I}
, där V är spänningen, R är motståndet och I är strömmen.
När det gäller impedans motstår en induktor förändringar i strömmen och en kondensator förändringar i spänningen.
Den viktigaste skillnaden mellan motstånd och impedans är ordet "förändring", förändringshastigheten påverkar impedansen. Vanligtvis uttrycks "förändringen" som en frekvens, det vill säga antalet gånger per sekund som strömmen eller spänningen ändrar riktning. Formlerna är:
För induktorn: Z = j 2 π f L {\displaystyle Z=j2\pi fL\\,} 
För kondensatorn: Z = 1 j 2 π f C {\displaystyle Z={\frac {1}{j2\pi fC}}} 
Där Z är symbolen för impedans, j är det imaginära talet - 1 {\displaystyle {\sqrt {-1}}} 
, π {\displaystyle \pi }
är konstanten pi, f är frekvensen, L är induktansen och C är kapacitansen. Enheterna för motstånd och impedans är desamma, ohm med symbolen Ω {\displaystyle \Omega } 
(stort omega).
Som framgår av formlerna ovan varierar impedansen beroende på frekvensen, t.ex. är induktansens impedans noll vid noll Hertz, eller likström, vilket är detsamma som en kortslutning, och kondensatorns impedans är oändlig, vilket är detsamma som en öppen krets. De flesta signaler är summan av många sinusvågor vid olika frekvenser (se Fouriertransformen för mer information), och var och en av dem upplever en annan impedans.
På samma sätt som för motståndet gäller att ju högre impedans, desto högre spänning krävs för att uppnå en viss ström. Formeln är:
V = Z ∗ I {\displaystyle V=Z*I}
, där V är spänningen, Z är impedansen och I är strömmen.
På den fysiska nivån förenklas många saker:
- Motståndet orsakas av elektronernas kollisioner med atomerna i motstånden.
- impedansen i en kondensator orsakas av att ett elektriskt fält skapas.
- impedansen i en induktor orsakas av att ett magnetfält skapas.
En viktig skillnad mellan motstånd och impedans är att ett motstånd förslösar energi, det blir varmt, medan en induktor och en kondensator lagrar energin och kan återföra den till källan när den går ner.
Om impedansen hos källan, kabeln och belastningen inte är lika, reflekteras en del av signalen tillbaka till källan, vilket leder till slöseri med ström och störningar. Förhållandet mellan reflexionerna kan beräknas med:
Γ = Z L - Z S Z L + Z S {\displaystyle \Gamma ={Z_{L}-Z_{S} \over Z_{L}+Z_{S}}}}
där Γ {\displaystyle \Gamma } 
(huvudgrupp gamma) är reflektionskoefficienten, Z S {\displaystyle Z_{S}}
är källans impedans, Z L {\displaystyle Z_{L}}
är belastningens impedans.
Alla medier som kan ha en våg har en vågen impedans, även tomt utrymme (ljus är en elektromagnetisk våg och kan färdas i rymden) har en impedans på cirka 377 Ω {\displaystyle \Omega } .
En signal reflekteras delvis tillbaka där impedansen förändras.
En växelströmsförsörjning med en spänning V {\displaystyle \scriptstyle V} 
över en impedans Z {\displaystyle \scriptstyle Z} , som 
driver en ström I {\displaystyle \scriptstyle I}
.
En grafisk representation av det komplexa impedansplanet.
Fas
Över ett motstånd går både spänningen och strömmen upp och ner samtidigt, de sägs vara i fas, men med en impedans är det annorlunda, spänningen är förskjuten med 1/4 våglängd bakom strömmen i en kondensator och framåt i en induktor.
En 1/4 våglängd representeras vanligen av det imaginära talet "j", vilket också motsvarar en 90 graders förskjutning.
Användningen av det imaginära talet "j" gör matematiken mycket enklare och gör det möjligt att beräkna den totala impedansen på samma sätt som med motstånd, t.ex. är ett motstånd plus en impedans i serie R+Z och i parallell är det (R*Z)/(R+Z).
Över en kondensator (överst) ändras spänningen (röd) efter strömmen (blå), över en induktor (nederst) ändras den före. Fasskillnaden mellan spänningen och strömmen är 1/4 våglängd.
Frågor och svar
F: Vad är elektrisk impedans?
S: Elektrisk impedans är den mängd motstånd som en krets utgör mot ström- eller spänningsförändringar.
F: Hur kan elektrisk impedans skrivas?
S: Elektrisk impedans kan skrivas med motståndet "R" (reell del) och reaktansen "X" (imaginär del), samt med magnitud, fas, storlek och vinkel.
F: Vad är skillnaden mellan motstånd och impedans?
S: Den viktigaste skillnaden mellan motstånd och impedans är ordet "förändring"; med andra ord påverkar förändringshastigheten impedansen. Motstånd motstår all ström som går genom det, medan en induktor motstår förändringar i strömmen och en kondensator motstår förändringar i spänningen.
F: Vilka formler finns för motstånd och impedans?
S: För motstånd gäller V=R*I där V är spänning, R är motstånd och I är ström; för induktorer gäller Z=j2πfL; för kondensatorer gäller Z=1/j2πfC; där Z representerar impedans, j representerar det imaginära talet -1 , π representerar konstant pi, f representerar frekvens, L representerar induktans, C representerar kapacitans.
F: Vilka är några fysiska förklaringar till motstånd kontra impedans?
S: Motstånd orsakas av att elektroner kolliderar med atomer i motstånd, medan en induktans impedans kommer från skapandet av ett elektriskt fält och en kondensators från skapandet av ett magnetfält. Dessutom förslösar motstånd energi medan induktorer och kondensatorer lagrar energi som sedan kan återföras till källan när den går ner.
F: Hur beräknar man reflektionskoefficienten?
S: Reflektionskoefficienten kan beräknas med hjälp av Γ=(ZL-ZS)/(ZL+ZS) där Γ (gamma) står för reflektionskoefficienten, ZS står för källans impedans och ZL står för belastningens impedans.
