什麼是 LC 並聯電路阻抗計算機?
這個工具可計算理想(無損耗)LC 並聯電路的阻抗大小 \(|Z|\) 與相位角 \(\varphi\)——也就是一顆電感 \(L\) 與一顆電容 \(C\) 並聯,並在頻率 \(f\) 下驅動時的表現。這是一項通用的物理/電子學工具,世界各地皆適用,不受任何國家或地區的規範限制。
使用方式
輸入電感、電容與頻率,並從各下拉選單中選擇適當的單位(mH、μH、μF、nF、kHz、MHz 等)。計算機會先把每個數值換算成 SI 基本單位(亨利、法拉、赫茲)再進行運算。結果會顯示以歐姆為單位的 \(|Z|\)、以度為單位的相位 \(\varphi\),以及供參考的共振頻率 \(f_0\)。
公式說明
角頻率為 \(\omega = 2\pi f\)。對於理想的並聯 \(L\) 與 \(C\),導納可直接相加:\(1/Z = 1/(j\omega L) + j\omega C = j\cdot(\omega C - 1/(\omega L))\)。由於導納為純虛數,因此阻抗大小為 $$|Z| = \dfrac{1}{\left|\dfrac{1}{\omega L} - \omega C\right|}$$ 當 \(1/(\omega L) > \omega C\)(整體呈電感性)時相位為 \(+90°\);當 \(1/(\omega L) < \omega C\)(整體呈電容性)時相位為 \(-90°\);而在共振點,分母為零、\(|Z|\) 趨於無限大(等同開路),此時相位為 \(0°\)。共振發生於 $$f_0 = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$$
實例演算
\(L = 10\ \text{mH} = 0.01\ \text{H}\),\(C = 100\ \mu\text{F} = 1\text{E-}4\ \text{F}\),\(f = 100\ \text{Hz}\)。 $$\omega = 2\pi\cdot100 = 628.3185\ \text{rad/s}$$ $$\frac{1}{\omega L} = \frac{1}{628.3185\cdot0.01} = 0.159155\ \text{S}$$ $$\omega C = 628.3185\cdot1\text{E-}4 = 0.0628319\ \text{S}$$ $$\text{分母} = |0.159155 - 0.0628319| = 0.0963233\ \text{S}$$ $$|Z| = \frac{1}{0.0963233} = 10.3817\ \Omega$$ 由於 \(1/(\omega L) > \omega C\),電路整體呈電感性,因此 \(\varphi = +90°\)。
常見問題
為什麼共振時阻抗會是無限大?在 \(f_0\) 時,電感性導納與電容性導納恰好互相抵消,使整體導納歸零,因此並聯阻抗趨於無限大——也就是理想的開路狀態。
為什麼相位永遠是 \(\pm90°\) 或 \(0°\)?這是不含電阻的無損耗模型,整體導納為純虛數,所以相位剛好是 \(\pm90°\),或在共振時為 \(0°\)。
在直流(\(f = 0\))時會發生什麼?理想電感此時相當於短路,因此 \(|Z| \to 0\)。