電気回路のインピーダンスについて

質問

電気回路にはインピーダンスという抵抗の代わりのようなもの(？)がありますが、これは交流に限るものなのですか？それとも直流回路にも当てはまるのですか？
講義では交流でインピーダンスを使用すると習ったと思うのですが、最近、電流源の回路でインピーダンスを使用する問題が出てきたのでわからなくなって質問しました。わかる人がいれば教えてください。よろしくお願いします。

回答No.4

fujiyama32 · ベストアンサー

直流回路の場合、抵抗Rは次の式で表すことができます。
R[Ω]＝E[V]/I[A]

交流回路も同様にインピーダンスZは次の式で表すことができます。
Z[Ω]＝E[V]/I[A]

このことは交流回路のインピーダンスは直流回路の抵抗に相当すると理解して
良いのですが、交流回路には抵抗分の他、リアクタンス分を考える必要があり
ます。

また、リアクタンス分には[コイルの成分であるXL分]と[コンデンサの成分で
あるXc分]があります。
交流回路では抵抗分とリアクタンス分を含めて考慮する必要があります。

更に、コイルには[電流を遅らせる性質]があり、コンデンサには[電流を
進ませる性質]がありますのて、これについても考慮して計算する必要が
あります。(このことを電圧と電流の位相と言います。)

加えて抵抗とコイル、コンデンサが直列接続した場合と並列接続した場合
ではインピーダンスが変わりますので、接続条件を考慮して計算します。

これらの電気計算方法は教科書の交流回路の基礎編に書かれています。
この基礎中の基礎の内容ですので、十分理解されていると思いますが、どうで
しょうか?

後半の質問ですが、電流源の場合の多くは直流回路のことだろうと思いますが、
書かれている字句とその前後を良く読んで、判断して下さい。

一般的に電流源に接続されている配線や負荷装置(機器)の抵抗分を[インピーダンス]
と言っている場合も多くあります。
これは配線は電流源から負荷装置まで配線しますが、直線部分だけではなく、
曲がっている箇所もあります。電線が曲がっている部分はコイルと同等で僅かですが
リアクタンス分があると考えます。
更に配線も架台(金属ケースなど)に沿わせてますので、配線の芯線と金属ケース間
に静電容量(コンデンサ成分)があると見なせます。
これらを考慮して[インピーダンス]との表現をしていると思います。

と言うことで直流回路の電流源の問題であれば、[インピーダンス＝抵抗]と
想定して計算されて良いと思います。
確認できる時間があるのなら、出題者(先生?)に確認されると良いでしょう。

補足

最近私が見かけた問題というのは、コンデンサと電圧制御電流源のみを用いることで、コイルのようなインピーダンスを実現できるという回路(名前は忘れてしまいました)の、そのインピーダンスを求める問題です。その中で、コンデンサにかかった電圧がV2(これは別の電流源の制御電圧となっています)、流れる電流が電圧制御電流源によるGV1という回路(電圧V2に対して、コンデンサと電流源が並列の状態)の中で、V1を求めたいのです。
このとき、
V2=GV1/jwC
となるようなのですが、この意味がわかりません。
教科書をよく読んでみると、「交流においては、V=ZIが成り立つ」とあります。すなわち、解答ではコンデンサのインピーダンス"Z=1/jwC"としてV=ZIに当てはめていることになると思うのですが、ということは上に示した問題は交流であるということなのでしょうか？制御電圧、もしくは制御電圧電流源による電流は交流扱いになるということでしょうか？

回答No.5

anachrockt

インピーダンスの本質的な定義は電界[V/m]と磁界[A/m]の比です．
だから，直流回路，交流回路の区別はありません．
真空にもインピーダンスがあります．
http://www-lab15.kuee.kyoto-u.ac.jp/~kitano/emf/index.php?plugin=attach&refer=%A5%CE%A1%BC%A5%C8&openfile=z0-unit.pdf

回答No.3

ytrewq

インピーダンスは直流回路の抵抗（電圧÷電流）の考え方を交流回路に拡張したものです。
　交流の場合、電圧と電流の大きさだけでなく、位相も考えなければなりません。そこで、直流の場合は1次元で考えていたものを2次元で考えるようにしたのがインピーダンスです。

回答No.2

Tacosan

一応直流回路でも使えます. とはいえ, 理想的な状況では
・コイルのインピーダンスは 0 (つまり短絡)
・キャパシタのインピーダンスは ∞ (つまり断線)
なのであまり使う意味はありません.
なお, 「電流源/電圧源」と「直流回路/交流回路」は直接関係しません. 交流電流源なんかも考えられます.

回答No.1

yumitsuki

大雑把なイメージを掴んで頂くために、ごく簡単に説明しますと、
・インピーダンスは複素数で表される
・インピーダンスを、複素数における実数成分と虚数成分に分けて考えるとき、実数成分が直流回路における抵抗のことである
・直流回路にはインピーダンスの虚数成分が現れないので、インピーダンスの実数成分である抵抗だけ考えれば良い
・交流回路にはインピーダンスの実数成分と虚数成分の両方が現れる

より詳しい説明については教科書をご覧下さい。

参考URL：

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%83%94%E3%83%BC%E3%83%80%E3%83%B3%E3%82%B9