kvalitetsfaktor / kvalitetsfaktor; formler og ligninger

kvalitetsfaktor Tutorial inkluderer:
kvalitetsfaktor basics induktor K RLC netværk K

kvalitetsfaktoren eller ‘K’ for en induktor eller tunet kredsløb bruges ofte til at give en indikation af dens ydeevne i et resonator kredsløb. Kvalitetsfaktoren er et dimensionsløst tal, og det beskriver dæmpningen i kredsløbet. Det giver også en indikation af resonatorens båndbredde i forhold til dens centerfrekvens.

værdier for kvalitetsfaktor ses ofte citeret og kan bruges til at definere ydeevnen for en induktor, en kondensator eller tunet kredsløb.

kvalitetsfaktoren bruges med mange RF-indstillede kredsløb eller elementer til at indikere deres ydeevne i en oscillator eller anden form for resonanskredsløb.

enkle formler relaterer tab og båndbredde til K.

Kvalitetsfaktorgrundlag

begrebet kvalitetsfaktor blev først planlagt af en ingeniør ved navn K. S. Johnson fra ingeniørafdelingen for det vestlige elektriske selskab i USA. Han vurderede ydeevnen og kvaliteten af forskellige spoler. I løbet af sine undersøgelser udviklede han begrebet K. Interessant nok blev hans valg af bogstavet K foretaget, fordi alle andre bogstaver i alfabetet blev taget og ikke på grund af udtrykket kvalitetsfaktor, skønt valget af bogstavet K for kvalitetsfaktor ikke kunne have været bedre.

kvalitetsfaktor er et koncept, der kan anvendes på mange områder inden for fysik og teknik. Det betegnes med bogstavet K og kan betegnes som K-faktoren.

K-faktoren er en dimensionsløs parameter, der angiver energitabet i et resonanselement, som kan være alt fra et mekanisk pendul, et element i en mekanisk struktur eller inden for elektronisk kredsløb såsom et resonanskredsløb.

mens et elements K-faktor vedrører tabene, forbinder dette direkte båndbredden af en resonator med hensyn til dens centerfrekvens.

K angiver energitab i forhold til den mængde energi, der er lagret i systemet. Jo højere jo lavere energitab og dermed svingninger reduceres langsommere, dvs. de vil have et lavt dæmpningsniveau, og de vil ringe længere.

for elektroniske kredsløb er energitab i kredsløbet forårsaget af modstand. Selvom dette kan forekomme overalt i kredsløbet, forekommer hovedårsagen til modstand inden for induktoren.

definition af kvalitetsfaktor

definitionen af kvalitetsfaktor er ofte nødvendig for at give en mere nøjagtig forståelse af, hvad denne mængde faktisk er.

for elektroniske kredsløb defineres K som forholdet mellem den energi, der er lagret i resonatoren, og den energi, der leveres af A til den, pr.cyklus, for at holde signalamplitude konstant ved en frekvens, hvor den lagrede energi er konstant med tiden.

det kan også defineres for en induktor som forholdet mellem dens induktive reaktans og dens modstand ved en bestemt frekvens, og det er et mål for dets effektivitet.

effekter af K-faktor

når der beskæftiger sig med RF-indstillede kredsløb, er der mange grunde til, at K-faktor er vigtig. Normalt er et højt niveau af spørgsmål gavnligt, men i nogle applikationer kan et defineret niveau af spørgsmål være det, der kræves.

nogle af de overvejelser, der er forbundet med K i RF-indstillede kredsløb, er opsummeret nedenfor:

• båndbredde: med stigende kvalitetsfaktor eller kvalitetsfaktor, så båndbredden af det indstillede kredsløbsfilter reduceres. Efterhånden som tab falder, bliver det indstillede kredsløb skarpere, da energi lagres bedre i kredsløbet.
  det kan ses, at når K stiger, så falder 3 dB-båndbredden, og det samlede respons for det indstillede kredsløb øges. I mange tilfælde er der behov for en høj kvalitetsfaktor for at sikre, at den krævede grad af selektivitet opnås.
• bred båndbredde: i mange RF-applikationer er der et krav til drift af bred båndbredde. Nogle former for modulering kræver en bred båndbredde, og andre applikationer kræver faste filtre for at give bredbåndsdækning. Mens høj afvisning af uønskede signaler kan være påkrævet, er der et konkurrerende krav til brede båndbredder. I mange applikationer skal det krævede niveau bestemmes for at give den samlede ydelse, der er nødvendig, og opfylde kravene til bred båndbredde og tilstrækkelig afvisning af uønskede signaler.
• Oscillatorfasestøj: enhver oscillator genererer det, der kaldes fasestøj. Dette omfatter tilfældige skift i signalets fase. Dette manifesterer sig som støj, der spredes ud fra hovedbæreren. Som man kunne forvente, er denne støj ikke ønsket og skal derfor minimeres. Oscillatordesignet kan skræddersys til at reducere dette på en række måder, hvoraf den vigtigste er ved at øge kvalitetsfaktoren for det oscillatorindstillede kredsløb.
• generelle falske signaler: indstillede kredsløb og filtre bruges ofte til at fjerne falske signaler. Jo skarpere filteret og jo højere niveau af K, desto bedre vil kredsløbet være i stand til at fjerne de falske signaler.
• ringetone: når spørgsmål i et resonanskredsløb øges, falder tabene. Dette betyder, at enhver svingning, der er oprettet i kredsløbet, vil tage længere tid at dø væk. Med andre ord vil kredsløbet have en tendens til at” ringe ” mere. Dette er faktisk ideelt til brug i et oscillatorkredsløb, fordi det er lettere at oprette og opretholde en svingning, da mindre energi går tabt i det indstillede kredsløb.

K-faktorformler

den grundlæggende K-eller kvalitetsfaktorformel er baseret på energitabene i induktoren, kredsløbet eller anden form for komponent.

fra definitionen af kvalitetsfaktor angivet ovenfor kan k-faktoren udtrykkes matematisk i K-faktorformlen nedenfor:

når man ser på båndbredden i et RF-resonanskredsløb, oversættes dette til K-faktorformlen:

inden for ethvert RF-eller andet kredsløb kan hver enkelt komponent bidrage til kvalitetsfaktoren for kredsløbsnetværket som helhed. Kvaliteten af komponenterne, såsom induktorer og kondensatorer, citeres ofte for at have en bestemt kvalitetsfaktor eller kvalitetsfaktor.

kvalitetsfaktor og dæmpning

et aspekt af K-faktoren, der er af betydning i mange kredsløb, er dæmpningen. Kvalitetsfaktoren bestemmer den kvalitative opførsel af enkle dæmpede oscillatorer og påvirker andre kredsløb, såsom responsen inden for filtre osv.

der er tre hovedregimer, der kan overvejes, når der henvises til dæmpnings-og kvalitetsfaktoren.

• underdæmpet (K > 1/2) : Et underdæmpet system er et system, hvor K-faktoren er større end en halv. De systemer, hvor K-faktoren kun er lidt over en halv, kan svinge en eller to gange, når der anvendes en trinimpuls, før Svingningen falder væk. Da kvalitetsfaktoren stiger, så dæmpningen falder og svingninger vil blive opretholdt i længere tid. I et teoretisk system, hvor K-faktoren er uendelig, ville Svingningen opretholdes på ubestemt tid uden behov for at tilføje yderligere stimulus. I oscillatorer føres et signal tilbage for at give en ekstra stimulus, men en høj kvalitetsfaktor giver normalt et meget renere resultat. Lavere niveauer af fasestøj er til stede på signalet.
• overdæmpet (K < 1/2): et overdæmpet system har en K-faktor, der er mindre end 1/2. I denne type system er tabene høje, og systemet har ingen overskridelse. I stedet vil systemet eksponentielt henfald, nærmer sig steady state-værdien asymptotisk, efter at en trinimpuls er anvendt. Når kvalitetsfaktoren eller kvalitetsfaktoren reduceres, reagerer systemerne langsommere på en trinimpuls.
• kritisk dæmpet (K = 1/2) : det kritisk dæmpede system har en K-faktor på 0,5, og som et overdæmpet system svinger output ikke og overskrider ikke dets steady-state output. Systemet vil nærme sig steady-state asymptote i den hurtigste tid uden nogen overskridelse.

i mange RF-resonanssystemer er der behov for høje niveauer af K-faktor. For filtre er der behov for tilstrækkelig selektivitet, men ikke for meget, og for oscillatorer resulterer høje niveauer af C i forbedret stabilitet og lavere fasestøj. I mange systemer bør kvalitetsfaktoren ikke være for høj, da det kan resultere i, at filterbåndbredder er for smalle, og oscillatorer ikke er i stand til at spore over det krævede interval. Faktorniveauerne har dog en tendens til at være høje snarere end lave.

flere grundlæggende Elektronikkoncepter:
Spændingsstrøm modstand kapacitans induktans transformere Decibel, dB Kirchoffs Love spørgsmål, kvalitetsfaktor RF-støj
vend tilbage til menuen Grundlæggende Elektronikkoncepter . . .