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相量描述正弦穩態

使用複數阻抗,同時區分 RMS、峰值與相位。

單一頻率的穩定響應

相量表示單一角頻率 ω=2πf\omega=2\pi f 正弦波的振幅與相位。它適用於線性電路暫態已穩定之後。它無法直接以單一數字描述啟動、削波波形或混合頻率。應分別分析不同正弦頻率,且只有在線性疊加適用時才合併。

採用一致的振幅慣例。此處相量振幅是 RMS。正弦波的 RMS 為峰值除以 √2,峰對峰值則為峰值兩倍。1 V RMS 正弦波有 1.414214 V 峰值與 2.828427 V 峰對峰值。若將峰值輸入與 RMS 輸出混用,即使其他計算都正確,仍會得到假增益。

複數阻抗

理想電阻的阻抗為 R,電容為 1/(jωC)1/(j\omega C),電感為 jωLj\omega L。1 kHz 時,100 nF 電容的電抗大小為 1591.549 Ω,相位為 −90°。10 mH 電感的電抗為 62.8319 Ω,相位為 +90°。符號表示電壓與電流的相位關係。

以 1 kHz、1 V RMS 驅動串聯的 1 kΩ 電阻與 100 nF 電容。總阻抗為 1000−j1591.5491000-j1591.549 Ω,大小為 1879.635 Ω。電流大小為 0.532018 mA,電流約超前源電壓 57.86°。電阻電壓為 0.532018 V RMS。電容電壓大小約為 0.846733 V RMS。

因相位不同,這兩個電壓大小不能直接相加成 1 V。但它們的複數和確實等於電源。這是使用相量而非無號大小的交流 KVL。

保留正確解讀

電阻平均功率使用 RMS 電流平方乘以 R,此處約為 0.283043 mW。理想電容平均耗散為零,但仍儲存與返還能量。實際電容可能因損耗耗散功率;需加入額外模型項。

自己試試看

2 kHz 時,相同 100 nF 電容的電抗大小是多少?

查看解說

XC = 1/(2πfC) = 795.774715 Ω,是 1 kHz 值的一半。理想阻抗相位仍為 −90°。

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