已導(dǎo)出電阻、電感和電容元件上電壓與電流的相量關(guān)系,引入了電抗和容抗的概念。當(dāng)電路中激勵源為單一頻率的正弦交流電時,各支路響應(yīng)電壓電流也為同頻率的正弦量。所以在正弦穩(wěn)態(tài)電路中,任何一個線性的無源二端網(wǎng)絡(luò)都可以用一個復(fù)數(shù)阻抗和導(dǎo)納來表示。
下面考慮rlc串聯(lián)電路的情況。設(shè)在rlc串聯(lián)電路的兩端加角頻率為的正弦電壓激勵,如圖1a所示,由前述分析可知,在串聯(lián)電路中可產(chǎn)生與激
圖 1
勵電壓同頻率的正弦交流電流i。根據(jù)基爾霍夫電壓定律,可得到相量形式的電壓方程
(1)
令串聯(lián)電路中電流表達式為,相量形式為,根據(jù)前幾節(jié)所述,電壓方程可表示為
(2)
式中,為該串聯(lián)電路的等效復(fù)阻抗,它等于端電壓相量與電流相量的比值。阻抗z的實部為電路的電阻值,虛部為電路的電抗。電抗等于感抗與容抗的差值,它是一個帶符號的代數(shù)量。復(fù)數(shù)阻抗可表示成極坐標的形式
(3)
式中,z為阻抗的模,;為阻抗角,。
對于任意復(fù)雜的無源一端口網(wǎng)絡(luò),當(dāng)在端口外加一個正弦電壓(或電流)激勵時,網(wǎng)絡(luò)中各支路的電流(或電壓)均為與激勵源同頻率的正弦函數(shù)。類似于線性電阻一端口網(wǎng)絡(luò)可用一個等效電阻來表示一樣,對于任何一個線性無源一端口網(wǎng)絡(luò),也可以用一個等效的入端阻抗或?qū)Ъ{來表示。一端口網(wǎng)絡(luò)的阻抗z定義為入端電壓相量與入端電流相量之比,即有:
式中取電壓與電流為關(guān)聯(lián)參考方向。入端導(dǎo)納y定義為入端電壓與入端電壓之比,即:
式中電壓與電流也取關(guān)聯(lián)參考方向。
在實際電路計算中,阻抗和導(dǎo)納之間的互相轉(zhuǎn)換需根據(jù)電路串并聯(lián)情況而定,下面舉例加以說明。
例1 圖3所示電路中,已知,,,試求該電路的入端阻抗。若外加電壓,求各支路電流。
圖 3
解:先求cb端右面等效阻抗,阻抗的等效導(dǎo)納
則:
cb右端等效阻抗:
電路入端阻抗:
設(shè),則: