Circuitos de CA - impedancia

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Tengo una pregunta con respecto a las impedancias. Si bien es intuitivo que el elemento \ $ R \ $ - tiene impedancia \ $ R \ $, no es tan fácil para mí descubrir las impedancias de \ $ L \ $ y \ $ C \ $.
Aquí está mi razonamiento, probablemente incorrecto. Para el elemento \ $ C \ $ se cumple la siguiente ecuación diferencial: \ $ i (t) = C \ frac {\ mbox {d} u} {\ mbox {d} t} \ $. Nuestra entrada es \ $ u \ $, y la utilidad es \ $ i \ $. Al transformar esta ecuación tenemos
$$ \ frac {U (s)} {I (s)} = G (s) = \ frac {1} {sC} $$
Ya que consideramos solo entradas sinusoidales que sabemos, esa salida también será sinusoidal de la misma frecuencia, pero de diferente magnitud y fase, por lo que está bien usar Fourier en lugar de Laplace, luego deje que $ s: = j \ omega \ $, entonces
$$ G (s) = \ frac {1} {j \ omega C} = -j \ frac {1} {\ omega C} $$, que de hecho es igual a la impedancia del elemento \ $ C \ $.

Ahora, ¿es una coincidencia, o el razonamiento real detrás de las impedancias y el método completo de resolver circuitos basados en ellas? Si es así, ¿por qué tomar \ $ u \ $ como entrada y \ $ i \ $ como salida? ¿Es para hacer una analogía con el conocido \ $ R = \ frac {U} {I} \ $?

Si tratara de utilizar voltaje y corriente no necesariamente sinusoidales, ¿usaría la forma más general: \ $ \ frac {1} {sC} \ $? ¿Funcionaría?

    
pregunta G.Fil

1 respuesta

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Sus intuiciones son correctas. La "j" se puede ver de muchas maneras. Muchas personas ven "j" como un vector unitario a lo largo del eje "irreal" en el plano complejo (tradicionalmente llamado los ejes Real e Imaginario). El eje "j" se gira 90 grados desde el eje real. Así que "j" realmente puede considerarse como un operador como raíz cuadrada o exponencial que rota un número real en 90 grados. Esta es una operación matemática natural para circuitos electrónicos porque las corrientes y voltajes en y a través de un inductor o capacitor están siempre 90 grados fuera de fase. Por lo tanto, trazar la corriente o el voltaje asociado con una L o C en el plano complejo siempre da como resultado que la corriente y el voltaje se adelanten o retrasen el otro 90 grados. Esto explica el poder de las matemáticas complejas aplicadas a los circuitos RLC cuando se controlan mediante funciones sinusoidales. jcos (wt) = cos (wt + 90 grados)! jsin (wt) = pecado (wt + 90 grados)! Todo lo relacionado con jw y 1 / jw es solo darse cuenta de que cuando se utilizan las funciones seno y coseno, jw * Function es igual a la derivada temporal de la función, y (1 / jw) * function es igual a la integral de tiempo de la función. Si usa esta definición y la aplica al voltaje y la corriente asociados con una L o C, de hecho encontrará que v (t) / i (t) realmente termina siendo jwL para un inductor y 1 / jwC para el capacitor. Esta noción de "resistencia de CA" o "impedancia" solo funciona para las fuentes y respuestas sinusoidales, pero hay una linda cláusula de escape: cualquier función (cuadrado, triángulo o solo meneo periódico) puede expresarse como una suma de ondas sinusoidales de Diferentes frecuencias y fases. Como puede resolver su circuito utilizando cualquier frecuencia de una fuente, siempre puede resolver los problemas de una forma de onda arbitraria sumando las soluciones utilizando cada componente de frecuencia en la fuente que forma la forma de onda. Si la forma de onda se puede transformar, entonces puede encontrar esta suma de solución utilizando los coeficientes de la forma de onda transformada.

    
respondido por el user86928

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