Công cụ tính trở kháng mạch RCL nối tiếp là gì?
Công cụ này tính độ lớn trở kháng tổng |Z| và góc pha của một điện trở (R), tụ điện (C) và cuộn cảm (L) mắc nối tiếp, được cấp một tín hiệu xoay chiều ở tần số f tùy chọn. Vì dựa trên lý thuyết mạch xoay chiều phổ quát, công cụ áp dụng được cho mọi quốc gia hay tiêu chuẩn. Bạn chỉ cần nhập từng linh kiện kèm đơn vị riêng (từ giga-ohm xuống tới micro-ohm, farad xuống tới femtofarad, henry xuống tới nanohenry, và gigahertz xuống tới hertz), công cụ sẽ tự động quy đổi tất cả về đơn vị SI trước khi tính toán.
Cách sử dụng
Nhập giá trị điện trở, điện dung, độ tự cảm và tần số, sau đó chọn đúng đơn vị tương ứng cho từng giá trị trong menu thả xuống. Kết quả hiển thị |Z| tính bằng ohm (giá trị chính), kèm theo cùng độ lớn đó quy đổi sang kilo-ohm và milli-ohm, cùng với góc pha tính bằng độ. Góc pha dương nghĩa là mạch có tính cảm kháng trội (dòng điện trễ pha so với điện áp); góc pha âm nghĩa là mạch có tính dung kháng trội (dòng điện sớm pha hơn điện áp).
Giải thích công thức
Tần số góc là \(\omega = 2\pi f\). Cảm kháng là \(X_L = \omega \cdot L\) và dung kháng là \(X_C = \dfrac{1}{\omega \cdot C}\). Phản kháng tổng là \(X = X_L - X_C\). Vì thành phần thuần trở và thành phần phản kháng lệch pha nhau 90 độ nên chúng cộng theo kiểu vectơ:
$$|Z| = \sqrt{R^{2} + X^{2}}$$và góc pha là \(\varphi = \operatorname{atan2}(X, R)\). Tại cộng hưởng thì \(X_L = X_C\), nên \(X = 0\), \(|Z| = R\) và \(\varphi = 0\).
Ví dụ minh họa
Với \(R = 10\ \text{Ohm}\), \(C = 500\ \text{uF}\), \(L = 2\ \text{mH}\) và \(f = 1\ \text{kHz}\): \(\omega = 6283{,}19\ \text{rad/s}\), \(X_L = 12{,}566\ \text{Ohm}\), \(X_C = 0{,}318\ \text{Ohm}\), nên \(X = 12{,}248\ \text{Ohm}\). Khi đó
$$|Z| = \sqrt{10^{2} + 12{,}248^{2}} = 15{,}81\ \text{Ohm}$$và \(\varphi = \operatorname{atan2}(12{,}248,\ 10) = 50{,}77\) độ, nghĩa là dòng điện trễ pha so với điện áp.
Câu hỏi thường gặp
Điều gì xảy ra ở chế độ một chiều (f = 0)? Tụ điện chặn dòng điện một chiều, nên \(X_C\) trở nên vô cùng lớn, |Z| tiến tới vô cực và góc pha tiến tới −90 độ.
Vì sao có tới ba dòng trở kháng? Đó là cùng một giá trị |Z| được hiển thị theo kilo-ohm, ohm và milli-ohm cho tiện theo dõi; giá trị tính bằng ohm là kết quả chính.
Kết quả có khác đi với mạch song song không? Có. Công cụ này giả định một vòng nối tiếp duy nhất, trong đó cùng một dòng điện chạy qua R, C và L. Mạch song song dùng quy tắc tổng hợp khác.
