交流阻抗的基本原理
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发布时间：2022-04-24 16:15
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时间：2023-10-22 00:06
当电极系统受到一个正弦波形电压(电流)的交流讯号的扰动时，会产生一个相应的电流(电压)响应讯号，由这些讯号可以得到电极的阻抗或导纳。一系列频率的正弦波讯号产生的阻抗频谱，称为电化学阻抗谱。 对于一个稳定的线性系统M，如以一个角频率为w的正弦波电信号（电压或电流）X为激励信号（在电化学术语中亦称作扰动信号）输入该系统，则相应地从该系统输出一个角频率也是w的正弦波电信号（电流或电压）Y，Y即是响应信号。Y与X之间的关系可以用下式来表示：
Y = G( w ) X
如果扰动信号X为正弦波电流信号，而Y为正弦波电压信号，则称G为系统M的阻抗 (Impedance)。如果扰动信号X为正弦波电压信号，而Y为正弦波电流信号，则称G为系统M的导纳 (Admittance)。
由阻抗(导纳)的定义可知，对于一个稳定的线性系统，当响应与扰动之间存在唯一的因果性时，阻抗Z与导纳Y 都决定于系统的内部结构，都反映该系统的频响特性，故在Z与Y之间存在唯一的对应关系：Z = 1/Y
G是一个随频率变化的矢量，用变量为频率f或其角频率w 的复变函数表示。故G的一般表示式可以写为：
G( w ) = G’( w ) + j G”( w ) 电化学阻抗谱方法是一种以小振幅的正弦波电位（或电流）为扰动信号的电化学测量方法。由于以小振幅的电信号对体系扰动，一方面可避免对体系产生大的影响，另一方面也使得扰动与体系的响应之间近似呈线性关系，这就使测量结果的数学处理变得简单。交流阻抗法就是以不同频率的小幅值正弦波扰动信号作用于电极系统，由电极系统的响应与扰动信号之间的关系得到的电极阻抗，推测电极的等效电路，进而可以分析电极系统所包含的动力学过程及其机理，由等效电路中有关元件的参数值估算电极系统的动力学参数，如电极双电层电容，电荷转移过程的反应电阻，扩散传质过程参数等。
一个电极体系在小幅度的扰动信号作用下，各种动力学过程的响应与扰动信号之间呈线形关系，可以把每个动力学过程用电学上的一个线性元件或几个线性元件的组合来表示。如电荷转移过程可以用一个电阻来表示，双电层充放电过程用一个电容的充放电过程来表示。这样就把电化学动力学过程用一个等效电路来描述，通过对电极系统的扰动响应求得等效电路各元件的数值，从而推断电极体系的反应机理。
同时，电化学阻抗谱方法又是一种频率域的测量方法，它以测量得到的频率范围很宽的阻抗谱来研究电极系统，因而能比其他常规的电化学方法得到更多的动力学信息及电极界面结构的信息。 面板布置如图3.2所示，面板上各元件名称和功能如下：
① 输入端：接调压器输出端；
② U1、U2：电压测量端钮；
③ I1、 I2：电流测量端钮；
④ 接地端钮；
⑤ 工作电源插座及开关；
⑥ 热敏打印机；
⑦ 旋转编码开关及左右键；
⑧ 液晶显示器；
⑨ USB通讯口；
⑩ 蜂鸣器。 进行发电机转子交流阻抗测试时采用四端接线法，接线方式如图3.3所示。在测试钳的两付导线中，红色粗导线为电流线，分别接电流端I1、I2；黑色细导线为电压线，分别接电压端U1、U2。
