阻抗(Impedance)的公式如式一,从这个公式可以得知三个被动组件在阻抗中扮演的角色,实部的阻(电阻)与虚部的抗(电容与电感),现实环境中被动组件皆存在不理想的情况,纯电阻、纯电感、纯电容仅在教科书上讨论理想状况时出现,实务应用必须考虑因为寄生组件产生的不理想情况,因为寄生组件使得电容中有电感;电感中有电容,所以在谐振频率后会发生电抗特性的变化,因此了解并测量谐振频率至关重要。
电容的电抗公式如式二,随着频率 f 增加,XC 电抗会越小,电容通高频阻低频,直流为开路。
电感的电抗公式如式三,随着频率 f 增加,XL 电抗会越大,电感通低频阻高频,直流为短路。
什么是谐振与谐振频率?
电路中有电容及电感,当感抗等于容抗便是所谓的谐振(式四),通过这个定义可计算出谐振频率(式五)
为何此谐振频率点,对于被动组件特性测量有重要意义?
我们可以说,当施加于此组件的频率低于谐振频率,大致上都遵照理想组件特性产生响应,不过一旦施加高于此谐振频率,就会呈现相反的特性,也就是电容性电抗会变为电感性电抗,反之亦然。
以图A为例,是电容器的频率响应图,横轴是施加的频率,纵轴是组件对应出的电抗;其中红色笔直的斜线,是理想的组件特性,频率越高电抗越小(可从式二得知),但实际上,当频率高于谐振频率后,电抗随着频率增加不降反升,也就是开始呈现反转的特性。
那为何会电抗不降反升? 图B/C可以看到电容上串联的寄生电感,当高于谐振频率,寄生电感所产生的电抗大于电容的电抗,又因为是串联的寄生电感,所以等效电抗会增大。也可以简单的换句话说,此时的寄生电感变成主角,所以才会呈现电感的频率响应特性。
再以图D为例,是电感组件的频率响应,红色笔直的斜线,是理想的电感器特性,频率越高电抗越大(可从式三得知),但实际上,当频率上升高于谐振频率,电抗随着频率增加不升反降,也就是开始呈现反转的特性。
那为何会开始电抗不升反降? 原因跟前面一样,图E可以看到电感上的寄生电容,当高于谐振频率,寄生电容所产生的电抗小于电感的电抗,电流会往阻碍小的地方走,所以电流纷纷转走向寄生电容的路径。简而言之,此时的寄生电容变成主角,所以才会呈现电容的频率响应特性。