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相量描述正弦稳态
使用复阻抗,同时区分有效值、峰值和相位。
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单一频率下的稳定响应
相量表示某个角频率 下正弦波的幅值和相位。它适用于线性电路的瞬态效应稳定之后,不能直接用一个数描述启动、削顶波形或混合频率。应分别分析不同正弦频率,仅在线性叠加成立时组合它们。
采用一致的幅值约定。这里相量幅值为有效值 RMS。正弦波的 RMS 为峰值除以 √2,峰峰值为峰值两倍。1 V RMS 正弦波的峰值为 1.414214 V,峰峰值为 2.828427 V。混用峰值输入和 RMS 输出会产生错误增益,即使其他计算都正确。
复阻抗
理想电阻阻抗为 R,电容为 ,电感为 。1 kHz 时,100 nF 电容的电抗幅值为 1591.549 Ω,相位 −90°。10 mH 电感的电抗为 62.8319 Ω,相位 +90°。符号编码电压与电流的相位关系。
用 1 kHz、1 V RMS 驱动串联的 1 kΩ 电阻和 100 nF 电容。总阻抗为 Ω,幅值为 1879.635 Ω。电流幅值为 0.532018 mA,电流超前源电压约 57.86°。电阻电压为 0.532018 V RMS。电容电压幅值约为 0.846733 V RMS。
因为相位不同,这两个电压幅值不能直接算术相加得到 1 V。但它们的复数和确实等于电源。这就是使用相量而非无符号幅值的交流 KVL。
保持正确解释
电阻平均功率使用 RMS 电流平方乘 R,此处约为 0.283043 mW。理想电容平均耗散为零,尽管它存储并返还能量。真实电容可能因损耗而耗散功率;需要额外模型项。
自己试试
2 kHz 时,同一个 100 nF 电容的电抗幅值是多少?
阅读解释
XC = 1/(2πfC) = 795.774715 Ω,为 1 kHz 数值的一半。理想阻抗相位仍为 −90°。