【题目编号】MC1-0945
【题目】阻抗的单位是:
【答案】A
[A]欧(姆)
[B]安(培)
[C]伏(特)
[D]瓦(特)
考点速览
这道题问阻抗的单位,正确项是欧姆。阻抗虽然描述的是交流电路,单位却与直流电阻完全一样,原因在于两者的定义式都是电压与电流之比,只是阻抗用复数把相位关系也装了进去。选项里的安培、伏特、瓦特分别是电流、电压与功率的单位,加上欧姆,恰好凑成电学四大基本量的单位表。
阻抗为什么必须用复数表示
阻抗(impedance)符号 Z,表示交流电路对电流的阻碍作用,定义为电压相量与电流相量之比。写成代数形式就是电阻加上虚数单位乘以电抗,实部是电阻(resistance)R,虚部是电抗(reactance)X,两部分单位都是欧姆。阻抗的模等于电阻平方与电抗平方之和再开方,幅角表示电压超前或滞后电流的相位差。
直流电阻是电抗为零的特例。交流电路里,电容与电感都会让电流与电压不同步,因此只用电阻一个数描述不了电路的全貌,必须把两维信息一起带上。这也是为什么射频测量中,测出的阻抗经常写成"五十欧姆,幅角多少度"或"五十加若干虚部欧姆"的形式。
感抗与容抗怎么折算成欧姆
电感产生的电抗随频率升高而增大,等于两倍圆周率乘以频率乘以电感量;电容产生的电抗随频率升高而减小,等于一除以两倍圆周率乘以频率再除以电容量。两者的数值都是欧姆,方向相反,串联时相减。当感抗与容抗大小相等时,虚部抵消,电路进入谐振,阻抗呈纯电阻性。
天线的调谐与扼流圈、陷波器的设计,全都建立在这两条关系上。给一根偏短的天线加感,实质是用正的电抗去补齐不足;给偏长的天线加容,实质是用负的电抗去抵掉多余。公式里的频率是角频率,用赫兹时要先乘两倍圆周率,这一点稍不留神就会算出偏差。
五十欧姆为什么成了射频标准
同轴电缆的特性阻抗、发射机的输出阻抗、天线馈电点的目标阻抗,在业余与商用射频设备里几乎统一到五十欧姆。这个数字是功率容量、损耗与机械尺寸之间折中的结果:阻抗再低,同样功率下电流更大、导体损耗上升;阻抗再高,电压更高、容易击穿,且峰值功率容量下降。广播与视频领域沿用七十五欧姆,那是另一套以低损耗和长距离传输为优先的折中。
阻抗失配的度量是电压驻波比(voltage standing wave ratio,VSWR),它是一个比值,不带单位。驻波比升高意味着反射功率增加,发射机保护电路就会动作。判断天线系统状态时,阻抗是绝对值,驻波比是偏离程度,两者要一起看。
逐项辨析
选项 A 是欧姆(ohm),符号为希腊字母 omega,阻抗的单位,正确。欧姆同时也是直流电阻的单位,两者在这一点上完全一致。
选项 B 是安培,电流的单位。阻抗的定义式里确实有电流,但它是分母,比值的结果不再是安培。
选项 C 是伏特,电压的单位。同一个道理,电压是分子,比值的结果不在伏特上。
选项 D 是瓦特,功率的单位,也是本题最容易被误选的一项。理由通常是"馈线和天线都要承受功率",可那说的是器件的额定功率,与阻抗这个物理量无关。阻抗的定义式里只有电压与电流,没有功率。
欧姆这个单位的来历
德国物理学家格奥尔格·西蒙·欧姆(Georg Simon Ohm)在十九世纪二十年代通过实验确立了电压、电流与电阻之间的比例关系,后人称之为欧姆定律,电阻单位也以他的姓氏命名。在国际单位制里,欧姆是由伏特每安培构成的导出单位,展开后由千克、米、秒、安培四个基本单位组合而成,本身不依赖任何实物基准。
应试要点
阻抗的单位是欧姆,与电阻相同,因为两者都是电压比电流,只是阻抗多带了相位信息。感抗与容抗的单位也是欧姆。射频系统以五十欧姆为通用标准,驻波比则是无量纲的失配指标。