品质因数/Q 因数;公式和方??程

品格因数/Q 因数;公式和方??程

品格因数或 Q 因数是权衡线圈、电容电感器斲丧和谐振器带宽功能的目标。简便的公式可以关联变量。


Q,品格因数教程包含:
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电感器或调谐电路的品格因数或“Q”通常用于指示其在谐振器电路中的功能,并且广泛使用于射频计划和电子电路计划的很多其他范畴。

Q 或品格因数是无量纲数,它形貌了电路中的阻尼。它还提供了谐振器干系于此中央频率的带宽的指示。

调谐电路的 Q 品格因数看法

品格因数的值常常被引用,可用于界说电感器、电容器或调谐电路的功能。

Q 或品格因数与很多 RF 调谐电路或元件一同使用,以指示它们在振荡器或其他情势的谐振电路中的功能。

有几个简便的公式将斲丧和带宽与 Q 值接洽起来,这些公式可以轻松地用于确定干系电路的各个方面。

品格因数是怎样产生的

Q(品格因数)的看法最初是由美国西部电气公司工程部的 KS Johnson 工程师提出的。

约翰逊正在评价不同线圈的功能和质量。在他的研讨历程中,他提出了 Q 的看法。

幽默的是,他选择字母 Q 是由于字母表中的一切其他字母都被接纳,而不是由于术语质量因数,只管事后看来,选择字母 Q 表现质量因数再好不外了。

Q 因子基本知识

品格因数是一个实用于物理和工程很多范畴的看法。它用字母 Q 表现,也可以称为 Q 因子。

Q 因数是一个无量纲参数,表现谐振元件内的能量斲丧,谐振元件可以是机器摆、机器布局中的元件或电子电路(比如谐振电路)内的任何元件。

固然元件的 Q 因数与斲丧有关,但它直接与谐振器干系于此中央频率的带宽干系。

Q 表现干系于体系内存储的能量的能量丧失。因此,Q 越高,能量丧失率越低,因此振荡将变小得更慢,即它们将具有低水平的阻尼并且它们将响得更长时间。

关于电子电路,电路内的能量丧失是由电阻惹起的。只管这约莫产生在电路内的任何场合,但电阻的主要缘故产生在电感器内。

品格因数界说

通常必要质量因数的界说才干改准确地域解该数目标实践涵义。使用简便的词语来表明它的涵义通常会很有协助。

品格因数,Q 界说:

关于电子电路,Q 被界说为谐振器中存储的能量与每个周期由谐振器提供的能量之比,以坚持信号幅度恒定,在存储的能量随时间恒定的频率下。

由此可见,存储和丧失的能量基本上落伍于Q或电路。

Q 也可以界说为电感器,此中它是特定频率下其感抗与其电阻的比率,并且它是其听从的度量。

相似地,Q 也常常与电容器一同使用,并且关于变容二极管也很紧张,由于二极管中的斲丧会对使用二极管的任何压控谐振电路的功能产生严重影响。

Q 因子的影响

在处理射频调谐电路时,Q 因数很紧张的缘故有很多。通常高水平的 Q 是多益的,但在某些使用中约莫必要界说的 Q 水平。

与射频调谐电路中的 Q 值干系的一些思索要素总结如下:

  • 带宽: 随着Q因数或品格因数的增长,调谐电路滤波器的带宽会变小。随着斲丧的变小,调谐电路变得愈加尖利,由于能量在电路中存储得更好。
  • 可以看出,随着 Q 的增长,3 dB 带宽变小,调谐电路的全体呼应增长。在很多情况下,必要高品格因数来确保完成所需的选择性水平。
  • 宽带宽: 很多射频使用都必要宽带宽利用。某些情势的调制必要宽带宽,而其他使用则必要安稳滤波器来提供宽带掩盖。
  • 固然约莫必要对不必要的信号举行高克制,但存在对宽带宽的竞争要求。因此,在很多使用中,必要确定所需的 Q 水平,以提供满意宽带宽和富裕克制不必要信号的要求所需的全体功能。
  • 振荡器相位噪声: 任何振荡器都市产生所谓的相位噪声。这包含信号相位的随机偏移。这体现为从主载波转达出去的噪声。
  • 正如所意料的,这种杂音是不必要的,因此必要最小化。可以经过多种办法定制振荡器计划来变小这种情况,主要的办法是提高振荡器调谐电路的 Q(品格因数)。
  • 寻常杂散信号: 调谐电路和滤波器通常用于消弭杂散信号。滤波器越锐利,Q 值越高,电路去除杂散信号的才能就越好。
  • 振铃: 随着谐振电路 Q 值的增长,斲丧会变小。这意味着电路内创建的任何振荡都必要更长的时间才干散失。换句话说,电路将倾向于“响铃”更多。
  • 这实践上十分合适在振荡器电路中使用,由于由于调谐电路中丧失的能量较少,因此更容易创建和维持振荡。

Q 因子公式

基本 Q 或品格因数公式基于电感器、电路或其他情势的组件内的能量斲丧。

依据外表给出的品格因数的界说,Q 因数可以用底下的 Q 因数公式来数学表达:

Q =乙已存储乙每个周期丧失Q=EStoredELost per cycle

此中:
Q = 电路的品格因数
E storage = 存储的能量
E每个周期丧失= 每个周期丧失的能量

当查察 RF 谐振电路的带宽时,这可转化为 Q 因子公式:

Q =F0F?3dBQ=F0F-3dB

此中:
Q = 电路的品格因数
F 0 = 调谐电路的中央频率
F -3dB是呼应下降 3 dB 时干系于中央频率的频率偏移。

体现中央和 -3dB 点的 Q 品格因数

在任何射频或其他电路中,每个单独的组件都可以对整个电路网络的 Q 或品格因数做出奉献。电感器和电容器等组件的 Q 值通常被称为具有一定的 Q 因数或品格因数。

品格因数和阻尼

在很多电路中,Q 因数的一个紧张方面是阻尼。品格因数 Q 决定简便阻尼振荡器的定性举动并影响其他电路,比如滤波器内的呼应等。

在提及阻尼和 Q 因子时,可以思索三种主要机制。

  • 欠阻尼 (Q > 1/2): 欠阻尼体系是指 Q 因子大于一半的体系。当在振荡散失之前施加阶跃脉冲时,那些 Q 因子仅凌驾一半的体系约莫会振荡一次或两次。随着品格因数的增长,阻尼下降,振荡将持续更长时间。
  • 在 Q 因子无穷大的实际体系中,振荡将无穷期地维持,而不必要添加任何进一步的兴奋。在振荡器中,一些信号会被反应以提供分外的兴奋,但高 Q 因子通常会产生更明晰的后果。信号上存在较低水平的相位噪声。
  • 过阻尼 (Q < 1/2): 过阻尼体系的 Q 因子小于 1/2。在这品种型的体系中,斲丧很高并且体系没有超调。相反,体系将指数衰减,在施加阶跃脉冲后渐近地接近稳态值。
  • 随着 Q 因数或品格因数低落,体系对阶跃脉冲的呼应速率会变慢。
  • 临界阻尼 (Q = 1/2): 临界阻尼体系的 Q 因子为 0.5,与过阻尼体系一样,输入不会振荡,也不会超出其稳态输入。体系将以最快的时间迫近稳态渐近线,不会显现任何超调。

在很多射频谐振体系中,必要高水平的 Q 因子。关于滤波器来说,必要充足的选择性,但不要太多;关于振荡器来说,高水平的 Q 值可以提高安定性并低落相位噪声。在很多体系中,Q 因数不应太高,由于这约莫会招致滤波器带宽太窄,并且振荡器无法跟踪所需的范围。但是,Q 因子水平必要较高而不是较低。




Q 或品格因数是谐振和滤波器电路的一个紧张方面,尤其是在射频计划中。Q 在其他范畴也很紧张,包含寻常电子电路计划以及音频计划的某些方面,包含扬声器等。

对 Q 有基本的了解将有助于更好地域解各个范畴的电路计划和利用的一些元素。

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