Impedance

Impedance jeb pilnā pretestība fizikā ir kopējā elektriskās ķēdes pretestība, ja uz ķēdi darbojas maiņstrāva. Tā ir vispārinājums omiskajai pretestībai līdzstrāvas ķēdēs uz maiņstrāvas ķēdēm. Tā sastāv no aktīvās pretestības (komponentes ar rezistora efektu) un reaktīvās pretestības (komponentes ar kondensatora vai induktivitātes spoles efektu). Impedanci arī dēvē par ķēdes pilno pretestību maiņstrāvai.

Impedancei ir vairāki pielietojumi: tā ļauj veikt aprēķinus maiņstrāvas ķēdēs. To var izmantot kā frekvenču filtru, jo tā ir atkarīga no frekvences. Arī impedances pielāgošana ir svarīga, lai mazinātu signālu atstarošanos un maksimizētu lietderīgo jaudu (piemēram, radio frekvences komunikācijās, audio sistēmās un jaudas pārvadīšanā).

Impedanci var ģeometriski interpretēt, zīmējot taisnleņķa trijstūri, kur hipotenūza ir impedance , horizontālā mala ir aktīvā pretestība , bet vertikālā mala ir induktīvā pretestība  mīnus kapacitatīvā pretestība . Līdz ar to iegūst, ka impedanci iegūst pēc formulas . Ņemot x-asi kā strāvas "virzienu", šajā ģeometriskajā interpretācījā atklājas tādas parādības kā leņķis  starp aktīvo pretestību  un impedanci , kas atbilst maiņstrāvas un maiņspriegumu fāzes starpībai. Ja impedance ir virs x-ass, tad fāze ir pozitīva un maiņspriegums ir priekšā maiņstrāvai tās fāzē. Ja impedance ir zem x-ass, tad fāze ir negatīva un maiņspriegums atpaliek no maiņstrāvas. Ja , tad fāzes sakrīt un notiek elektriskā rezonanse.

 Impedances daļas 

 Aktīvā pretestība 
Ierīces, kas pārvērš elektrisko enerģiju par cita veida enerģiju, sauc par aktīvo slodzi, bet to pretestību par aktīvo pretestību (piemēram, radiatori, spuldzes, skaļruņi). 

 Reaktīvā pretestība 
Ierīces, kas uzkrāj elektrisko enerģiju, sauc par reaktīvo slodzi, bet to pretestību par reaktīvo pretestību (kondensatori un spoles). Tās atšķiras no aktīvās pretestības ar to, ka tās krāj enerģiju - kondensators uzkrāj enerģiju elektriskajā laukā, bet spole magnētiskajā laukā. Kad  tiek padots ārējais spriegums, tie uzlādējas, bet, kad ārējā sprieguma vairs nav, tie izlādējas un atdod uzkrāto energiju, tādēļ energija saglabājas. Reaktīvo pretestību veido kapacitatīvā pretestība  un induktīvā pretestība . 

 Kapacitatīvā pretestība 
Pievienojot maiņstrāvas ķēdei kondensatoru, tam piemitīs kapacitatīvā pretestība . Tās vērtību var aprēķināt pēc Oma likuma . Eksperimentāli var konstatēt, ka kapacitatīvā pretestība  atbilst vienādojumam  , kur  ir maiņstrāvas frekvence sprieguma avotam un  ir elektriskā kapacitāte kondensatoram. Ja ķēde sastāv tikai no rezistora un kondensatora, maiņspriegums atpaliek no maiņstrāvas par  fāzi.

 Induktīvā pretestība 
Pievienojot maiņstrāvas ķēdei spoli, tai piemīt induktīvā pretestība . Tās vērtību var aprēķināt pēc Oma likuma . Eksperimentāli var konstatēt, ka  atbilst sakarībai: , kur  ir maiņstrāvas frekvence un  ir spoles induktivitāte. Ja ķēde sastāv tikai no rezistora un spoles, maiņspriegums ir priekšā maiņstrāvai par  fāzi.

 Piemērs 
Dots maiņstrāvas avots ar frekvenci , kas ir savienots ir RLC virknes ķēdi, kur rezistoram ir pretestība , spolei ir induktivitāte  un kondensatoram ir kapacitāte . Kāda ir slēguma impedance un fāzu nobīde?

Lai aprēķinātu impedanci, izmantosim tās ģeometrisko interpretāciju. Lai to izmantotu, vispirms vajag aprēķināt kapacitatīvo pretestību un induktīvo pretestību: , .

Aprēķinām reaktīvo pretestību: . No ģeometriskās interpretācijas var aprēķināt impedanci ar Pitagora teorēmu: 

Fāzu nobīdi arī var iegūt no ģeometriskās interpretācijas: , kas nozīmē, ka maiņspriegums atpaliek par  fāzi.

 Impedances pielāgošana 
Kad savieno elektriskās ķēdes kopā, piemēram, televizoru ar antenu, bieži vien šādām sistēmām ir svarīgi maksimāli daudz jaudas pārraidīt no vienas ķēdes uz otru ķēdi ar pēc iespējas mazāk zudumiem. To var panākt, ja izmanto impedances pielāgošanu, kam var izmantot transformatorus, kondensatorus, spoles, rezistorus. 

Var apskatīt speciālgadījumu, lai ieraudzītu, ka šis fenomens izpildās. 

 Speciālgadījuma izvedums 
Apskatīsim speciālgadījumu, kad impedance sastāv tikai no aktīvajām pretestībām, bet rezultāts ir arī spēkā reaktīvajām pretestībām.

Jauda, kas pievadīta otrajai ķēdei, ir , kur , apvienojot izteiksmes, iegūst: . Šo izteiksmi var atvasināt pēc otrās ķēdes pretestības un iegūt: . Maksimums izpildīsies, kad atvasinājums būs vienāds ar nulli: .

Līdz ar to maksimālā jauda otrajai ierīcei tiks īstenota, kad izejas impedance pirmajai ķēdei būs vienāda ar ieejas impedanci otrai ķēdei. Taču vajag uzmanīties, kad savieno ķēdes, jo tas var negaidīti kādu no tām iedzīt vai izsist no rezonances, kas var izkropļot signālu.

 Piemērs 
Audio pastiprinātājam ir izejas ar impedancēm  un . Ja divus  skaļruņus grib saslēgt paralēli, ar kuru audio pastiprinātāja izeju tos vajadzētu savienot?

Mēģināsim pielāgot impedances: ja skaļruņus saslēdz paralēli, to kopējā pretestību iegūst no paralēlām pretestībām.. Tāda izejas pretestība ir pieejama audio pastiprinātājam, tādēļ to būtu vislabāk izmantot.

 Skatīt arī 
 Akustiskā impedance

 Atsauces 

 Ārējās saites 

Kategorija:Elektrība
Kategorija:Fizikāli lielumi