【题目编号】MC1-0940
【题目】术语“阻抗”描述的是:
【答案】A
[A]电路从一点到另一点对交流电流阻碍作用的统称
[B]电路从一点到另一点阻断直流电流,通过交流电流的能力大小
[C]电路从一点到另一点阻断交流电流,通过直流电流的能力大小
[D]电路从一点到另一点阻断特定频率交流电流的能力大小
考点速览
本题考阻抗这个术语的确切含义,答案是电路从一点到另一点对交流电流阻碍作用的统称。阻抗(impedance)是把电阻、感抗、容抗统一起来的一个复合量,是交流电路分析的核心。业余无线电里凡是涉及馈线、天线、滤波器、匹配网络的地方,说五十欧姆系统、说阻抗匹配、说驻波比,指的都是阻抗。因此这道题不只是名词解释,它决定了后面一批计算题能不能立得住。
阻抗由电阻和电抗共同构成
阻抗通常用字母 Z 表示,是一个复数:实数部分叫电阻(resistance),虚数部分叫电抗(reactance)。写成 Z 等于 R 加上 jX,其中 j 是虚数单位。电抗又由感抗和容抗两部分组成,感抗 XL 等于二派乘以频率乘以电感量,容抗 XC 等于一除以二派乘以频率乘以电容量。两者符号相反,所以净电抗 X 等于感抗减容抗。
阻抗的大小用模表示,等于根号下电阻的平方加电抗的平方。除了大小,阻抗还有相位角,等于电抗与电阻之比的反正切,反映电压与电流之间的相位差。电阻上电压与电流同相,电感上电压超前电流九十度,电容上电压滞后电流九十度。正因为有相位差,阻抗不能简单地把电阻和电抗直接相加。
对直流而言,频率为零:感抗为零,容抗趋于无穷大,于是阻抗退化成纯电阻。这解释了为什么直流电路里只谈电阻就够了,而一旦进入交流,尤其进入射频,就必须用阻抗这个更完整的量。
阻抗值与频率、谐振的关系
感抗随频率升高而增大,容抗随频率升高而减小,两者在某个频率上大小相等、方向相消,此时净电抗为零,电路呈纯电阻性,这就是谐振(resonance)。串联谐振时电流最大,并联谐振时回路阻抗最高。业余无线电里调天线的加感线圈、电容帽、陷波器、天调网络,本质上都是在不同频率上重新分配感抗与容抗,把整个系统调到目标阻抗上。
发射机与馈线通常按五十欧姆设计,天线也尽量做到五十欧姆纯阻。当天线阻抗偏离五十欧姆或带上电抗,馈线上就会出现反射,形成驻波。驻波比(standing wave ratio,SWR)为一时表示完全匹配。驻波比升高会让发射机末级看到非设计负载,轻则保护降功率,重则损坏功放管。很多天线的自然谐振阻抗并不是五十欧姆,比如半波偶极天线中心馈电约七十三欧姆、折合偶极约三百欧姆,需要匹配网络变换到五十欧姆。
逐项辨析
选项 A 正确。阻抗是对交流电流阻碍作用的统称,它把电阻、感抗、容抗全部纳入,是描述交流电路阻碍作用的完整量。题干用的统称二字很关键,强调的是完备性。
选项 B 错误。它描述的是电容隔直流、通交流的特性。这只是阻抗中容抗一方面的表现,而且对电容器而言,真正阻断直流的原因是容抗趋于无穷,属于阻抗的特例,覆盖不了电阻和感抗,因此不能作为阻抗的定义。
选项 C 错误。它描述的是电感通直流、阻交流的特性,同样是阻抗中感抗一方面的表现,属于以偏概全。而且这句表述把电感说成阻断交流,也不准确——电感只是随频率升高而增大对交流的阻碍,并不会真的阻断。
选项 D 错误。它把阻抗窄化成阻断特定频率交流电流的能力。阻抗本身并不具备频率选择性,它只是随频率变化的阻值;具备选出特定频率能力的是由电感和电容组成的谐振回路与滤波器,那是回路整体的特性,不是阻抗这个术语的含义。
易混淆点
最需要分清的是电阻和阻抗。电阻只针对阻碍中有功的那部分,消耗能量、发热;阻抗包含电阻和电抗,其中电抗部分只做能量的往复交换,不消耗能量。直流电路里两者数值一致,交流电路里阻抗的模总是大于或等于电阻。
另一个易混点是阻抗与特性阻抗。特性阻抗是传输线本身的结构参数,由线径、间距和介质决定,与线长无关,同轴电缆常见的五十欧姆指的就是它;而天线端看到的阻抗是负载阻抗,随频率剧烈变化。二者名字相近,含义完全不同,混起来会导致对驻波和匹配的理解全盘错位。
应试要点
记三句话:阻抗是用复数描述的交流阻碍,等于电阻加电抗;电抗包含感抗和容抗,感抗随频率升、容抗随频率降;阻抗的模等于电阻平方加电抗平方再开根号。做题时看到统称两个字基本可以直接锁定答案,凡是把阻抗说成隔直通交、阻断某频率的选项,都是拿阻抗的局部特征冒充当定义。