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インピーダンス、アドミッタンス

インピーダンス、レジスタンス、リアクタンス

インピーダンス (impedance) は直流における電気抵抗の概念を一般化して 交流に適用できるようにしたものである。 インピーダンスは一般には複素数となり、通常は記号 Z で示される。

直流抵抗と同様、インピーダンスの単位は Ω (ohm; オーム) であり、 インピーダンス Z の両端の電圧 V と それに流れる電流 I (いずれも複素数) は：

V = Z I
の関係を持つ。

インピーダンスの実部はレジスタンス (resistance) と呼ばれ、 通常は記号 R で示される。 また、その虚部はリアクタンス (reactance) と呼ばれ、 通常は記号 X で示される。 すなわち：

Z = R + jX

ここで、j は虚数単位 (= √(−1)) で、 数学では i と表記されるものであるが、 電気工学においては電流を示す i との混同を防ぐために j が用いられる。 インピーダンスと同様、レジスタンスとリアクタンスの単位も Ω である。

インピーダンス Z が実部のみを持つ (リアクタンスがゼロである) 場合、 その両端の電圧とそれを流れる電流の位相は一致する。 だが、インピーダンス Z が虚部を持つ (リアクタンスがゼロでない) 場合、 リアクタンスが正 (誘導性リアクタンス) であれば電流の位相は遅れ、 リアクタンスが負 (容量性リアクタンス) であれば電流の位相は進む。 この遅れや進みの大きさはインピーダンスの位相角 tan−1(X/R) に応じたものとなり、 最大で ±90°(レジスタンスがゼロの場合) となる。

インピーダンスによる電力消費の観点から見ると、 レジスタンスは有効電力に、 リアクタンスは無効電力に関係し、 負荷が純粋なレジスタンスである場合の力率は 100%、 純粋なリアクタンスである場合の力率は 0% (実際には電力を消費しない) となる。

複素インピーダンスの図示には、上の図のような、 x軸をレジスタンス、y軸をリアクタンスとした直交座標が、 あるいはスミス・チャートが用いられる。

アドミッタンス、コンダクタンス、サセプタンス

アドミッタンス (admittance) はインピーダンスの逆数で、 通常は記号 Y で示される。 すなわち：
Y = 1 / Z

アドミッタンスの実部はコンダクタンス (conductance) と呼ばれ、 通常は記号 G で示される。 また、その虚部はサセプタンス (susceptance) と呼ばれ、 通常は記号 B で示される。 すなわち：

Y = G + jB

アドミッタンス、コンダクタンス、サセプタンスの単位は、 いずれも S (siemens; ジーメンス) である。 かつてはこの単位として mho (mho; モー) が用いられていたが、これはもはや使われない。

理想的な抵抗、インダクタ、キャパシタのインピーダンス

理想的な抵抗は一定のレジスタンスを持ち、リアクタンスはゼロである。

インダクタンス (inductance) が L [H] の 理想的なインダクタ (inductor) は、周波数 f [Hz] に対して

XL = 2πf L
によって定まるリアクタンスを持ち、レジスタンスはゼロである。

キャパシタンス (capacitance; 静電容量) が C [F] の 理想的なキャパシタ (capacitor; コンデンサ) は、周波数 f [Hz] に対して

XC = − 1 / (2πf C)
によって定まるリアクタンスを持ち、レジスタンスはゼロである。

だが、現実の部品はそのように理想的なものではなく、 特に高周波においては寄生成分に伴う複雑な特性を示す。

See Also: 特性インピーダンス、 近傍界 / 遠方界

by Tom Sato, 2008-06-21