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輸入計算

數學公式

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結果

總阻抗 |Z|
6.8513
歐姆 (Ω)
阻抗 |Z| (kΩ) 0.006851 kOhm
阻抗 |Z| (Ω) 6.85125 Ohm
阻抗 |Z| (mΩ) 6,851.25 mOhm
相位角(度) 18.1815 deg
相位角(弧度) 0.317327 rad
電容電抗 Xc 0.3183 Ohm
電感電抗 Xl 12.5664 Ohm
角頻率 ω 6,283.1853 rad/s

這個計算器能做什麼

本工具用來計算交流網路的總複數阻抗,其中一條「串聯 RC 支路」(電阻 \(R_C\) 與電容 \(C\) 串聯)和另一條「串聯 RL 支路」(電阻 \(R_L\) 與電感 \(L\) 串聯)以並聯方式連接,並由正弦頻率 \(f\) 驅動。計算結果會以 kΩ、Ω 與 mΩ 三種單位呈現阻抗大小 \(|Z|\),並同時給出以「度」與「弧度」表示的相位角。

交流電源上串聯 RC 支路與串聯 RL 支路並聯
串聯 RC 支路與串聯 RL 支路並聯,構成本計算器所分析的電路。

使用方式

輸入每個元件的數值,並從下拉選單挑選對應單位(系統會自動換算為 SI 標準單位)。接著填入驅動頻率與其單位,即可讀取阻抗大小與相位。相位角為正,代表整個網路偏向電感性(電流落後電壓);相位角為負,則代表偏向電容性(電流超前電壓)。

公式解析

電容貢獻電抗 \(X_c = \frac{1}{\omega\cdot C}\),電感貢獻電抗 \(X_l = \omega\cdot L\),其中 \(\omega = 2\pi f\)。兩條支路可寫成複數形式:\(Z_1 = R_C - jX_c\) 與 \(Z_2 = R_L + jX_l\)。再依並聯公式合併: $$Z = \left|\frac{Z_1 \cdot Z_2}{Z_1 + Z_2}\right|$$ 將分子與分母同乘以分母的共軛複數後,即可得到實部 \(Z_r\) 與虛部 \(Z_i\),進而求出 \(|Z| = \sqrt{Z_r^2 + Z_i^2}\),相位 \(= \operatorname{atan2}(Z_i, Z_r)\)。

相量圖顯示容性與感性支路阻抗以及帶相位角的合成總阻抗
每條支路的阻抗都是複數;將它們組合可得到總阻抗的大小與相位角 \(\theta\)。

實例演算

假設 \(R_C = 10\ \Omega\)、\(C = 500\ \mu\text{F}\)、\(R_L = 10\ \Omega\)、\(L = 2\ \text{mH}\)、\(f = 1\ \text{kHz}\):則 \(\omega = 6283.19\ \text{rad/s}\),\(X_c = 0.3183\ \Omega\),\(X_l = 12.566\ \Omega\)。經過複數運算後得到 \(Z_r = 6.5092\)、\(Z_i = 2.1378\),因此 \(|Z| = 6.851\ \Omega\),相位 \(= +18.15\) 度,亦即略偏電感性。

常見問題

相位為正代表什麼?表示整個網路呈現電感性行為,電流會落後於外加電壓。

在直流(\(f = 0\))時會怎樣?電容會阻斷直流,因此 RC 支路相當於開路,只剩 RL 支路導通。本工具會把極低頻或零頻率視為「電容開路」的極限情況處理。

為什麼提供三種阻抗單位?kΩ、Ω 與 mΩ 其實是同一個數值,只是尺度不同,方便你依電路規模直接讀取最合適的數值。

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