Электротехника и электроника

Калькулятор импеданса и резонанса RLC

Рассчитайте импеданс, фазу, резонанс, добротность и полосу пропускания последовательного или параллельного RLC с частотным графиком.

01

Ваши данные

Идеальные положительные R, L и C в выбранном соединении. Q и полоса описывают резонанс тока в последовательной или импеданса в параллельной цепи; без паразитных потерь.

02

Ваши результаты

Модуль импеданса · |Z|
—
Фазовый сдвиг
—
Действительная часть · Re(Z)
—
Мнимая часть · Im(Z)
—
Резонансная частота
—
Добротность · Q
—
Индуктивное сопротивление · XL—
Модуль ёмкостного сопротивления · XC—
Полоса резонанса—
Кривая импеданса

Обе оси логарифмические. Частота нормирована к f0; отметка показывает введённую частоту, если она в пределах диапазона.

ФормулаZ = R + j(ωL − 1/(ωC))

Сравните импеданс, резонанс и затухание RLC-цепей

Изучите поведение идеальных резистора, катушки индуктивности и конденсатора на выбранной частоте синусоидального сигнала. Выберите последовательную цепь или три параллельные ветви, затем сравните комплексный импеданс, фазу, резонанс, добротность и полосу пропускания. Выбранный резистор представляет все потери, учитываемые в модели данной схемы. Инструмент не учитывает сопротивление обмотки, потери конденсатора, паразитную ёмкость и нагрузку со стороны другой цепи.

Пошаговая инструкция

  1. Выберите последовательное или параллельное соединение и изучите схему. Введите положительные значения сопротивления, индуктивности, ёмкости и частоты. По умолчанию поля используют Ω, mH, nF и Hz; проверяйте каждую единицу перед сравнением результата с характеристиками компонента.
  2. Считайте модуль импеданса вместе с его действительной и мнимой частями. Положительная мнимая часть соответствует индуктивному характеру, отрицательная — ёмкостному. Фаза описывает напряжение относительно тока, а не фазу выходного сигнала какого-либо неопределённого фильтра.
  3. Сравните введённую частоту с резонансной и изучите кривую импеданса. Измените частоту или соединение, сохранив значения компонентов, затем сравните добротность и полосу пропускания. Распечатайте результаты, если хотите сохранить выбранные исходные данные и модель.

Настройки и ограничения

Соединение и резонанс
При последовательном соединении импедансы складываются. При параллельном соединении сначала складываются комплексные проводимости ветвей, затем берётся обратная величина для получения импеданса. В обеих идеальных моделях резонансная частота равна f0 = 1 / (2π√(LC)). На резонансе реактивные составляющие взаимно компенсируются и импеданс равен R; последовательная кривая имеет минимум, а параллельная — максимум.
Добротность и полоса пропускания
Для последовательной цепи Q = √(L/C) / R, а для параллельной Q = R × √(C/L). Поэтому увеличение сопротивления того же резистора уменьшает Q последовательной цепи, но увеличивает Q параллельной. Отображаемая полоса пропускания равна f0 / Q для резонанса тока последовательной цепи или импеданса параллельной цепи. Она не является автоматически полосой пропускания нагруженного фильтра с выходом по напряжению.
Чтение графика
Обе оси логарифмические, а частота нормирована относительно резонансной. Диапазон графика простирается от 0.01 до 100 значений f0. Маркер появляется только тогда, когда введённая частота находится в этом диапазоне; отсутствие маркера не означает сбой численного расчёта.

Разбор примера

Введите R = 100 Ω, L = 10 mH, C = 100 nF и f = 1000 Hz. При последовательном соединении модуль импеданса составляет примерно 1531.98 Ω, а фаза — −86.2574°. Переключитесь на параллельное соединение, не меняя эти значения, чтобы получить примерно 54.7423 Ω и +56.8096°.

Ожидаемый результат
RLC|Z|φQBW
R + L + C1531.98 Ω−86.2574°3.162281591.55 Hz
R ∥ L ∥ C54.7423 Ω+56.8096°0.31622815915.5 Hz

Оба соединения имеют резонанс около 5032.92 Hz. Для последовательного соединения Q равна 3.16228 при полосе пропускания 1591.55 Hz; для параллельного Q равна 0.316228 при полосе пропускания 15915.5 Hz. Вблизи резонанса оба импеданса приближаются к 100 Ω, хотя их кривые и затухание различаются. Таблица сравнивает две модели на исходной частоте.

Вопросы и устранение неполадок

Почему одна и та же цепь меняет характер с ёмкостного на индуктивный?

Соединение имеет значение. Ниже резонанса конденсатор последовательной цепи даёт больший модуль импеданса, тогда как катушка параллельной цепи образует ветвь с меньшим импедансом. После смены схемы сравнивайте знак мнимой части результата и фазу, а не переносите трактовку последовательной цепи на параллельную.

Можно ли отдельно смоделировать сопротивление обмотки катушки?

В этом инструменте есть один резистор в выбранной идеальной схеме. Резистор, подключённый поперёк параллельных ветвей, не эквивалентен сопротивлению, включённому последовательно с катушкой. Для потерь обмотки, потерь конденсатора или дополнительного сопротивления источника и нагрузки используйте подходящую модель цепи.

Почему результаты пустые или кривая отсутствует?

Значение каждого компонента и частота должны быть строго положительными и давать конечные результаты. Проверьте пропущенные значения, неподдерживаемые суффиксы единиц и экстремальные величины. Снова введите допустимые численные данные; инструмент очищает предыдущие результаты и график, если расчёт по исходным данным невозможен.