全面解读：电阻、电容和线圈的阻抗知识

在电子电路的设计与应用中，阻抗是一个至关重要的概念。尤其是在交流电路里，“阻抗” 与 “直流电阻” 看似相似，却有着本质的区别。同时，“特性阻抗” 和 “阻抗” 虽单位相同，但含义也有所不同。下面，我们就来详细解释这些问题。

阻抗：电流通过的阻力

对于电路设计师而言，“阻抗” 这个专业术语并不陌生。阻抗[Z]和直流电阻[R]的单位都是 “Ω”，因此直观上看来，它们表示的是电流[I]通过的难易程度以及电压[V]和电流[I]之间的比值。如果用电流通过的难易程度来表示欧姆定律，如下方公式 (1) 所示：

如果要表示电压与电流的比值，具体表现公式为 (2) ：

其中，符号[Z]表示阻抗，[R]表示直流电阻，在这里需要分别进行特殊说明。如字母所示，直流电阻表示直流电流途径元器件时，元器件两端产生的阻抗或电压。另一方面，阻抗扩展了直流电阻的概念，表示电阻（电流通过的难易程度）或施加交流电时电压与电流的比率。直流电在这里被认为是频率为 0 赫兹的交流电。

因此，“阻抗” 和 “直流电阻” 本质上同属一个概念。“直流电阻” 仅代表处理直流电的特殊情况，而 “阻抗” 则表示处理交流电（包括直流电）的电阻。在实际应用中，“阻抗” 通常指对交流电的电阻，“直流电阻” 指对直流电的电阻。

电阻、电容和线圈的阻抗

电阻、电容和线圈的阻抗关系如图 1 - 3 所示，其中横轴表示频率，纵轴表示阻抗。

电阻的阻抗：理想情况下，电阻的阻抗与频率有关，虚部为零，实部不变。对于电阻而言，“阻抗” 等于 “直流电阻”，所以在电阻的应用中，无需特别区分阻抗和直流电阻（见图 1）。

图 1

电容的阻抗：电容的阻抗有一个随频率反向减小的虚部和一个在所有频率都下降为零的实部，这一特性对直流电流同样适用（参考图 2）。

图 2

线圈的阻抗：线圈的阻抗随着虚部的增加与频率呈现正比关系，实部在所有频率下均为零，对直流电流而言属于短路（参考图 3）。

图 3

需要注意的是，实际的电阻、电容和线圈的表现要复杂一些，因为它们各自都有轻微的电感、电容和电阻成分，这部分内容我们将在下一次进行详细解释。

阻抗实部和虚部的含义

电容和线圈的阻抗用复数容抗表示，并根据频率的不同而增减。电阻只有实部，而电容和线圈只有虚部，且电容的阻抗是负的。那么，负阻抗代表什么？阻抗的实部和虚部又是什么意思呢？

实际上，阻抗的实部代表实际电阻值，当交流或直流电通过时会产生电力损耗；而虚部在交流电通过时不会产生损耗，而是以电场和磁场的形式储存电能。如果是电容，交流电会以电场能的形式储存在电容内；如果是线圈，则以磁场能储存在线圈周围。也就是说，当交流电流经电容和线圈时，它们不像电阻那样消耗电能，而是将其作为电磁场能储存在元件内部。因此，需要一个真正的元件（如电阻）将其作为电能消耗掉。

由于电压相对于交流电延迟了 90°，电容的阻抗（虚部）为负；对于线圈，阻抗为正，电压相对于电流前进 90°；在电阻中，没有虚部只有实部，因此相对于交流电而言没有电压相位差。这就是阻抗的真正本质。

总结

关于阻抗，可以总结为以下几点：

1.电阻、电容和线圈中的交流电通导难度，亦或是交流电压与交流电流的比值。

2.阻抗的实部是电阻值，实际消耗电量，而虚部储存能量，不消耗电量。

3.如果阻抗的虚部为正，则交流电压相对于交流电流前进 90 度；如果为负，则交流电压后退 90 度。

4.当电容中没有电荷时，电容两端的电压为零。在这种状态下，当交流电流经电容时，电荷以电场能的形式储存在电容器内，电容两端电压升高，电流减小。当电荷储存到电容的容量时，电流停止流动，电压变得与供给电压相同。这意味着电压的相位滞后于电流。

5.当交流电加在线圈上时，会与线圈电感产生相应的电压。当交流电流经线圈时，会产生磁场。但空间不喜欢突然产生的磁场，因此线圈两端会产生电压，以抑制磁场的产生。这与惯性定律类似，静止的物体试图保持静止，运动的物体试图保持运动。在线圈中，一开始产生的电压会随着电流的流动而减小，最终变为零，因此电流保持不变。而电容的情况正好相反，电压与电流同相。

通过以上内容，相信大家对阻抗的概念有了更深入的理解。在本系列的下一篇文章中，我们将继续讨论特性抗阻。