pe 2025/06/25 11,094

Înțelegerea rezistenței, inductanței și capacității în circuitele electrice

Acest ghid explică clar cele trei proprietăți principale care controlează modul în care se curge electricitatea într -un circuit: rezistență, inductanță și capacitate.Se descompune ceea ce înseamnă fiecare în termeni simpli, cum sunt măsurate și cum acționează în diferite situații.Veți afla cum se comportă rezistențele, inductorii și condensatorii atât în ​​curentul direct (DC), cât și în curent alternativ (AC), ce le afectează performanța și cum funcționează atunci când sunt conectate în serie sau paralel.

Catalog

Figura 1. Rezistență, inductanță și capacitate

Ce este rezistența, inductanța și capacitatea?

Circuitele electrice folosesc trei proprietăți cheie pentru a controla modul în care curge curentul: rezistență, inductanță și capacitate.Acestea nu sunt concepte abstracte, ele descriu ceea ce se întâmplă fizic în componente.

Rezistența încetinește fluxul curentului electric.Transformă o anumită energie electrică în căldură, pe baza conductivității materialului, a lungimii sârmei și a grosimii acestuia.De exemplu, un fir lung și subțire de cupru rezistă curentului mai mult decât unul scurt, gros.

Inductanța măsoară cât de bine o componentă, de obicei o bobină de sârmă, se împinge înapoi împotriva modificărilor curentului.Când curentul începe să se schimbe, bobina construiește un câmp magnetic.Acest câmp generează apoi o tensiune care rezistă la schimbare, creând un fel de inerție electrică.

Capacitatea descrie cât de multă încărcare electrică poate fi stocată între două suprafețe metalice (plăci) care sunt separate printr -un strat izolant.Un condensator deține energie sub forma unui câmp electric și îl eliberează rapid atunci când circuitul are nevoie de el.

Cum se măsoară rezistența, inductanța și capacitatea?

Fiecare dintre aceste trei proprietăți are propria unitate de măsurare.

Rezistenţă

Unitatea folosită pentru măsurarea rezistenței se numește ohm, scrisă cu simbolul Ω.Această unitate este numită după Georg Ohm, un fizician care a studiat cum se comportă curentul electric în circuite.Un ohm reprezintă cantitatea de rezistență care permite ca un amperi de curent să curgă atunci când se aplică un volt de presiune electrică.

Valorile de rezistență pot varia pe scară largă, adesea folosesc unități mai mici sau mai mari pentru comoditate.Acestea includ miliohm (MΩ), care este o mie de mii de ohm, Kiloohm (kΩ), care este egală cu o mie de ohmi și Megohm (Mω), care este egal cu un milion de ohmi.Aceste unități ajută la descrierea totul, de la rezistențe minuscule la sârmă până la componente cu rezistență foarte înaltă.

Inductanţă

Inductanța este măsurată într -o unitate numită Henry, cu simbolul H.Această unitate îl onorează pe Joseph Henry, un pionier în electromagnetism.Un Henry este definit ca cantitatea de inductanță necesară pentru a produce un volt de forță electromotivă atunci când curentul se schimbă la o viteză de un amperi pe secundă.Deoarece un Henry este o unitate relativ mare pentru multe circuite practice, utilizați mai frecvent unități mai mici, cum ar fi Millihenry (MH), care este o mie de mii de Henry și Microhenry (µH), care este o milionime de Henry.Aceste unități mai mici sunt utile atunci când lucrează cu bobine sau inductori în dispozitive electronice precum radio, filtre sau surse de alimentare, unde valorile inductanței sunt de obicei destul de mici.

Capacitate

Capacitatea este măsurată în Farads, simbolizat de F , numit în onoarea omului de știință Michael Faraday.Un Farad este o unitate mare, reprezentând cantitatea de capacitate necesară pentru a stoca un coulomb de încărcare atunci când se aplică un volt.Cu toate acestea, în majoritatea circuitelor electronice practice, componentele cunoscute sub numele de condensatoare au valori de capacitate foarte mici, astfel încât unitățile mai mici sunt aproape întotdeauna utilizate.Acestea includ Microfarad (µF), care este o milionime de un farad, Nanofarad (NF), care este o miliardă de un farad și Picofarad (PF), care este un trilionist dintr-un Farad.Aceste subunități permit să lucreze cu cantitățile precise și minuscule de depozitare electrică necesare în circuitele de sincronizare, filtrele și procesarea semnalului.

Simboluri de rezistență, inductanță și capacitate

Tabelul de mai jos arată simbolurile comune pentru rezistență, inductanță și capacitate:

Figura 2. Simboluri utilizate în diagramele de circuit

Funcții de rezistență, inductanță și capacitate în circuite

Fiecare componentă joacă un rol distinct în modelarea modului în care se comportă un circuit:

• Rezistențe Limitați cantitatea de curent, împărțiți tensiunea și protejați părțile sensibile de prea multă putere.De asemenea, ajută la definirea condițiilor de funcționare în circuitele analogice.

Figura 3. Rezistor

• Inductori Permiteți curenții de schimbare lentă sau constantă să treacă prin semnale de înaltă frecvență cu ușurință, dar să blocheze.Sunt utilizate în filtre, transformatoare și sisteme de stocare a energiei.

Figura 4. Inductor

• condensatoare Răspundeți rapid la schimbările de tensiune, stocarea și eliberarea energiei aproape instantaneu.Acestea ajută la stabilizarea surselor de alimentare, să blocheze semnalele DC în circuitele de curent alternativ și să gestioneze calendarul.

Figura 5. Diagrama condensatorului

Comportament în curent direct (DC) vs. curent alternativ (AC)

Componentele electrice se comportă diferit în funcție de faptul că curentul este DC (flux constant într -o direcție) sau AC (schimbă direcția înainte și înapoi).

Componentă	Comportament în DC	Comportament în AC
Rezistență	Se opune fluxului curent în mod constant;disipează energia ca căldură.	La fel ca în DC;Rezistența rămâne constantă indiferent de frecvenţă.
Inductor	Inițial rezistă curentă;Odată ce câmpul magnetic se stabilizează, Permite curentul să curgă liber.	Se opune fluxului de curent mai mult pe măsură ce frecvența crește din cauza Reactanță inductivă.
Condensator	Permite curentul să curgă la început, dar îl blochează o dată pe deplin încărcat.	Permite curentului să treacă mai ușor pe măsură ce frecvența crește din cauza scăderea reactivității capacitive.

Ce influențează comportamentul fiecărei componente?

Rezistenţă

Câțiva factori fizici afectează rezistența:

• Lungime: un conductor mai lung rezistă mai mult la curent.

• Zona în secțiune transversală: firele mai groase au o rezistență mai mică.

• Material: Conducți de cupru și argint bine;Cauciucul sau plasticul nu.

• Temperatură: în metale, rezistența crește odată cu căldura.În semiconductori, de multe ori scade.

• Frecvență: AC cu frecvență de înaltă frecvență călătorește în apropierea suprafeței conductorului, crescând o rezistență eficientă (un fenomen numit efectul pielii).

• Impurități: Materialele adăugate pot ridica sau reduce rezistența în funcție de modul în care acestea afectează conductivitatea.

Inductanţă

Câțiva factori influențează câtă inductanță are o bobină:

• Număr de rotații: Mai multe viraje creează mai multă inductanță.

• Lungimea bobinei: bobinele mai lungi reduc, în general, inductanța.

• Zona în secțiune transversală: o bobină mai largă crește inductanța.

• Material de miez: materiale magnetice precum inductanța de fier sau ferită.

• Forma bobinei: diferite forme afectează modul în care se formează și se comportă câmpul magnetic.

• Frecvență: la frecvențe mai mari, comportamentul inductanței se poate schimba din cauza pierderilor de bază și a efectelor parazite.

• Temperatură: Căldura poate modifica proprietățile magnetice ale miezului, modificând inductanța.

Capacitate

Capacitatea depinde atât de structura, cât și de materialele utilizate:

• Material dielectric: materiale cu performanțe ridicate cresc capacitatea.

• Zona de plăci: Plăcile mai mari depozitează mai multe încărcări.

• Distanța dintre plăci: Golurile mai mici creează mai multă capacitate.

• Rezistență dielectrică: materiale izolatoare mai puternice gestionează în siguranță tensiuni mai mari.

• Temperatură: Căldura poate afecta capacitatea materialului izolant de a stoca încărcarea.

• Numărul de plăci: Mai multe plăci conectate în paralel cresc capacitatea totală.

Rezistență în serie și circuite paralele

Conexiune în serie

Figura 6. Rezistență în serie

Când rezistențele sunt aliniate una după alta pe o singură cale, se spune că sunt în serie.În această configurație, curentul electric curge prin fiecare rezistență la rândul său, fără ramificare.Deoarece curentul trebuie să treacă prin toate, fiecare rezistență se adaugă la rezistența totală.

Rezistența generală este doar suma fiecărei rezistențe individuale:

$$R_{\mathrm{Eq}}=R_1+R_2+R_3+...+R_n$$

Adăugarea mai multor rezistențe în serie va crește întotdeauna rezistența totală.Cu cât adăugați mai mult, cu atât devine mai greu pentru ca curentul să treacă prin circuit.

Conexiune paralelă

Figura 7. Rezistență în paralel

Într -o configurație paralelă, fiecare rezistență este conectată în aceleași două puncte, creând mai multe căi pentru ca curentul să curgă.În loc să fie forțat printr -o cale, curentul se împarte și curge prin fiecare rezistență separat.

În acest caz, rezistența totală scade efectiv.Formula utilizată se bazează pe reciprocele rezistențelor:

$$\left(\frac{1}{R_{\mathrm{Eq}}}\right)=\left(\frac{1}{R_1}\right)+\left(\frac{1}{R_2}\right)+\left(\frac{1}{R_3}\right)+...$$

Adăugarea mai multor rezistențe în paralel oferă curentului mai multe căi de luat, ceea ce reduce rezistența generală.Oricât de mari sunt rezistențele individuale, rezistența totală într -o configurație paralelă va fi întotdeauna mai mică decât cea mai mică.

Inductanță în serii și circuite paralele

Conexiune în serie

Figura 8. Inductanță în serie

Plasarea inductorilor în serie determină combinarea efectelor lor.La fel ca rezistențele, inductanța lor totală se adaugă:

$$L_{\mathrm{Eq}}=L_1+L_2+L_3+...+L_n$$

Fiecare inductor rezistă la modificări ale curentului, iar atunci când sunt combinate în serie, oferă o opoziție și mai mare.Această inductanță crescută poate fi utilă în circuitele în care sunt dorite modificări lente de curent, cum ar fi în filtre sau transformatoare.

Conexiune paralelă

Figura 9. Inductanță în paralel

Într -o configurație paralelă, inductorii sunt conectați în aceleași două puncte de tensiune, oferind mai multe căi pentru stocarea energiei magnetice.

Formula de calculare a inductanței totale în paralel este:

$$\left(\frac{1}{L_{\mathrm{Eq}}}\right)=\left(\frac{1}{L_1}\right)+\left(\frac{1}{L_2}\right)+\left(\frac{1}{L_3}\right)+...$$

Similar cu rezistențele în paralel, adăugarea mai multor inductori reduce inductanța generală.Această configurație permite distribuirea curentului între inductori, reducând opoziția netă la modificările curente.

Capacitate în seria și circuitele paralele

Conexiune în serie

Figura 10. Capacitatea în serie

Când condensatoarele sunt conectate în serie, capacitatea totală devine mai mică decât cea a oricărui condensator din grup.Acest lucru se datorează faptului că fiecare condensator împărtășește tensiunea totală, dar toate dețin aceeași cantitate de taxă.

Capacitatea echivalentă este calculată folosind această formulă reciprocă:

$$\left(\frac{1}{{\mathrm{C.}}_{\mathrm{Eq}}}\right)=\left(\frac{1}{{\mathrm{C.}}_1}\right)+\left(\frac{1}{{\mathrm{C.}}_2}\right)+\left(\frac{1}{{\mathrm{C.}}_3}\right)+...$$

Această configurație este adesea folosită atunci când trebuie să reduceți capacitatea generală sau să creșteți ratingul de tensiune.Deoarece tensiunea este împărțită între condensatori, fiecare experimentează mai puțin stres, ceea ce poate îmbunătăți fiabilitatea în aplicațiile de înaltă tensiune.

Conexiune paralelă

Figura 11. Capacitatea în paralel

Când condensatoarele sunt aranjate unul lângă altul, acestea sunt în paralel.În această configurație, fiecare condensator primește aceeași tensiune, dar stochează încărcarea independentă.

Capacitatea totală este pur și simplu suma valorilor individuale:

Adăugarea mai multor condensatoare în paralel crește încărcarea totală pe care o poate ține circuitul.Acest lucru este util în sistemele de alimentare cu energie unde este nevoie de stocare mai mare de energie.

Tabel de comparație

Parametru	Rezistenţă (R)	Capacitate (C)	Inductanţă (L)
Proprietate fizică	Opoziția față de fluxul de curent (cum ar fi frecarea pentru electroni)	Capacitatea de a stoca energie într -un câmp electric	Capacitatea de a stoca energie într -un câmp magnetic
Energie	Se disipează ca căldură	Stochează energia temporar ca potențial electric	Stochează energia temporar ca câmp magnetic
Comportament de frecvență	Independent de frecvență	Impedanța scade odată cu frecvența	Impedanța crește odată cu frecvența
Reactanţă	Niciunul (pur rezistiv)	Xc = 1 / ωc	Xl = ωl
Relația de fază	Tensiunea și curentul sunt în fază	Curentul conduce tensiunea cu 90 °	Tensiunea conduce curent cu 90 °
Consumul de energie	Puterea reală este disipată ca căldură	Fără consum real de energie;numai putere reactivă	Fără consum real de energie;numai putere reactivă
Unitate	Ohmi (ω)	Farads (F)	Henry (H)
Răspuns la DC	Rezistență constantă	Acționează ca circuit deschis (blocurile DC)	Acționează ca scurtcircuit (inițial permite DC)
Răspuns la AC	Aceeași rezistență ca în DC	Reactanța scade cu o frecvență mai mare	Reactanța crește cu o frecvență mai mare
Răspuns tranzitoriu	Instantaneu	Răspuns întârziat din cauza încărcării/descărcării	Răspuns întârziat din cauza acumulării de câmp magnetic
Comportamentul formei de undă	Niciun efect asupra formei formei de undă	Modifică amplitudinea și faza;Semnalele filtrelor	Modifică amplitudinea și faza;filtre și întârzieri semnale
Aplicații	Divizoare de tensiune, încălzitoare, limitarea curentului	Depozitare de energie, cuplare/decuplare, filtre, oscilatoare	Chokes, Transformers, Motors, Filtre, Oscilatoare
Mediu de stocare a energiei	Niciuna (energia pierdută ca căldură)	Câmp electric între plăci	Câmp magnetic în jurul bobinei
Comportament inițial la tensiune	Răspuns imediat	Schimbarea bruscă a tensiunii provoacă un vârf de curent	Tensiunea bruscă provoacă o creștere lentă a curentului
Integrare în filtre	Rar utilizat singur în filtre	Folosit în filtrele de trecere joasă, de trecere mare și de bandă	Common în filtrele LC și RLC
Unghi de fază a impedanței	0 ° (pur rezistiv)	–90 ° (pur capacitiv)	+90 ° (pur inductiv)
Sensibilitate la polaritate	Nu sensibil la polaritate	Polaritatea contează în condensatoare electrolitice	Nu sensibil la polaritate
Sensibilitate termică	Rezistența variază în funcție de temperatură	Capacitatea se poate schimba ușor cu temperatura	Inductanța poate varia cu materialul de bază și temperatura

Concluzie

Rezistența, inductanța și capacitatea fac fiecare o treabă specială într -un circuit electric.Rezistența încetinește curentul și transformă energia în căldură.Inductanța împinge înapoi când curentul se schimbă, folosind câmpuri magnetice.Capacitatea stochează energia electrică și o eliberează atunci când este nevoie.Aceste componente acționează diferit în DC și AC, iar comportamentul lor se schimbă, de asemenea, pe baza modului în care sunt conectate și din ce materiale sunt realizate.Împreună, aceste trei părți ajută la controlul modului în care se mișcă electricitatea și fac ca multe dispozitive electronice să funcționeze corect.