Q, Quality Factor Tutorial tartalmazza:
Q, quality factor basics induktor Q RLC hálózat Q
az induktor vagy a hangolt áramkör minőségi tényezőjét vagy Q-ját gyakran használják annak teljesítményének jelzésére egy rezonátor áramkörben. A Q vagy minőségi tényező egy dimenzió nélküli szám, amely leírja az áramkör csillapítását. Ezenkívül jelzi a rezonátor sávszélességét a középfrekvenciájához képest.
a minőségi tényező értékeit gyakran idézik, és felhasználhatók induktor, kondenzátor vagy hangolt áramkör teljesítményének meghatározására.
a Q vagy minőségi tényezőt sok RF hangolt áramkörnél vagy elemnél használják, hogy jelezzék teljesítményüket oszcillátorban vagy más rezonáns áramkörben.
az egyszerű képletek a veszteségeket és a sávszélességet a Q-hoz kapcsolják.
Q, quality factor basics
a Q, Quality Factor fogalmát először egy K. S. Johnson nevű mérnök tervezte a Western Electric Company mérnöki osztályától az Egyesült Államokban. Értékelte a különböző tekercsek teljesítményét és minőségét. Vizsgálatai során kidolgozta a Q fogalmát. Érdekes, hogy a Q betűt azért választotta, mert az ábécé összes többi betűjét vették, nem pedig a minőségi tényező kifejezés miatt, bár utólag a Q betű kiválasztása a minőségi tényezőhöz nem lehetett volna jobb.
a minőségi tényező a fizika és a mérnöki tudományok számos területén alkalmazható fogalom. Ezt Q betűvel jelöljük, és Q tényezőnek is nevezhetjük.
a Q tényező egy dimenzió nélküli paraméter, amely jelzi az energiaveszteségeket egy rezonáns elemen belül, amely bármi lehet egy mechanikus ingától, egy mechanikus szerkezet elemétől vagy egy elektronikus áramkörön belül, például egy rezonáns áramkörön belül.
míg egy elem Q tényezője a veszteségekhez kapcsolódik, ez közvetlenül kapcsolódik a rezonátor sávszélességéhez a középfrekvenciájához viszonyítva.
a Q a rendszerben tárolt energiamennyiséghez viszonyított energiaveszteséget jelzi. Így minél magasabb a Q, annál kisebb az energiaveszteség sebessége, ezért az oszcillációk lassabban csökkennek, azaz alacsony a csillapításuk, és hosszabb ideig csengenek.
elektronikus áramkörök esetében az áramkörön belüli energiaveszteségeket az ellenállás okozza. Bár ez az áramkörön belül bárhol előfordulhat, az ellenállás fő oka az induktoron belül jelentkezik.
minőségi tényező meghatározása
a minőségi tényező meghatározására gyakran szükség van annak pontosabb megértéséhez, hogy mi ez a mennyiség valójában.
elektronikus áramkörök esetében Q A rezonátorban tárolt energiának az a által szolgáltatott energiához viszonyított aránya ciklusonként, hogy a jel amplitúdója állandó maradjon olyan frekvencián, ahol a tárolt energia idővel állandó.
egy induktorra úgy is meghatározható, hogy az induktív reaktanciája és az ellenállása aránya egy adott frekvencián, és ez a hatásfok mértéke.
a Q faktor hatásai
amikor RF hangolt áramkörökkel foglalkozunk, számos oka van annak, hogy a Q tényező fontos. Általában a magas Q szint előnyös, de egyes alkalmazásokban a Q meghatározott szintje lehet a szükséges.
az RF hangolt áramkörökben a Q-val kapcsolatos néhány szempontot az alábbiakban foglaljuk össze:
- sávszélesség: növekvő Q tényezővel vagy minőségi tényezővel, így a hangolt áramköri szűrő sávszélessége csökken. A veszteségek csökkenésével a hangolt áramkör élesebbé válik, mivel az energia jobban tárolódik az áramkörben.
látható, hogy a Q növekedésével a 3 dB sávszélesség csökken, és a hangolt áramkör teljes válaszreakciója növekszik. Sok esetben magas Q-tényezőre van szükség a szükséges szelektivitás eléréséhez. - széles sávszélesség: sok RF alkalmazásban követelmény a széles sávszélességű működés. A moduláció egyes formái széles sávszélességet igényelnek, más alkalmazások pedig rögzített szűrőket igényelnek a széles sávú lefedettség biztosításához. Míg a nem kívánt jelek magas elutasítására lehet szükség, a széles sávszélességekre versengő követelmény vonatkozik. Ennek megfelelően sok alkalmazásban Meg kell határozni a szükséges Q szintet, hogy biztosítsa a szükséges általános teljesítményt, amely megfelel a széles sávszélesség követelményeinek és a nem kívánt jelek megfelelő elutasításának.
- oszcillátor fáziszaj: bármely oszcillátor létrehozza az úgynevezett fáziszajt. Ez véletlenszerű eltolódásokat tartalmaz a jel fázisában. Ez olyan zajként nyilvánul meg, amely a fő hordozóból terjed. Amint az várható volt, ez a zaj nem kívánatos, ezért minimálisra kell csökkenteni. Az oszcillátor kialakítása testreszabható, hogy ezt számos módon csökkentse,a legfontosabb az oszcillátor hangolt áramkörének Q, minőségi tényezőjének növelésével.
- Általános hamis jelek: hangolt áramköröket és szűrőket gyakran használnak a hamis jelek eltávolítására. Minél élesebb a szűrő és minél magasabb a Q szint, annál jobb az áramkör képes lesz eltávolítani a hamis jeleket.
- csengetés: a rezonáns áramkör Q-jának növekedésével a veszteségek csökkennek. Ez azt jelenti, hogy az áramkörön belül beállított oszcilláció hosszabb ideig tart. Más szavakkal, az áramkör inkább” csörög”. Ez valójában ideális oszcillátor áramkörön belüli használatra, mert könnyebb beállítani és fenntartani az oszcillációt, mivel kevesebb energia veszít a hangolt áramkörben.
Q tényező képletek
az alapvető Q vagy minőségi tényező képlete az induktoron, az áramkörön vagy más komponensformán belüli energiaveszteségeken alapul.
a minőségi tényező fenti meghatározásából a Q tényező matematikailag kifejezhető az alábbi Q faktor képletben:
ha egy RF rezonáns áramkör sávszélességét nézzük, ez a Q tényező képletét jelenti:
bármely RF vagy más áramkörön belül minden egyes komponens hozzájárulhat az áramköri hálózat egészének Q vagy minőségi tényezőjéhez. Az alkatrészek, például az induktorok és a kondenzátorok Q-ját gyakran idézik bizonyos Q-tényezővel vagy minőségi tényezővel.
minőségi tényező és csillapítás
a Q tényező egyik szempontja, amely sok áramkörben fontos, a csillapítás. A Q minőségi tényező meghatározza az egyszerű csillapított oszcillátorok minőségi viselkedését, és befolyásolja más áramköröket, például a szűrőkön belüli választ stb.
három fő rendszert lehet figyelembe venni, amikor a csillapítási és Q tényezőre hivatkozunk.
- alatt csillapított (Q > 1/2) : Alul csillapított rendszer az, ahol a Q tényező nagyobb, mint a fele. Azok a rendszerek, ahol a Q tényező csak alig több mint a fele, egyszer vagy kétszer ingadozhatnak, ha lépésimpulzust alkalmaznak, mielőtt az oszcilláció elesik. A minőségi tényező növekedésével a csillapítás csökken, az oszcillációk hosszabb ideig fennmaradnak. Egy elméleti rendszerben, ahol a Q tényező végtelen, az oszcilláció a végtelenségig fennmaradna, további inger hozzáadása nélkül. Az oszcillátorokban néhány jelet visszavezetnek, hogy további ingert biztosítsanak, de a magas Q tényező általában sokkal tisztább eredményt eredményez. A jel alacsonyabb fáziszajszintje van jelen.
- Túlcsillapított (Q < 1/2): a túlcsillapított rendszer Q tényezője kisebb, mint 1/2. Az ilyen típusú rendszerekben a veszteségek magasak, és a rendszernek nincs túllépése. Ehelyett a rendszer exponenciális bomlás, aszimptotikusan közelíti meg az egyensúlyi állapot értékét egy lépésimpulzus alkalmazása után. Mivel a Q tényező vagy a minőségi tényező csökken, így a rendszerek lassabban reagálnak egy lépésimpulzusra.
- kritikusan csillapított (Q = 1/2) : a kritikusan csillapított rendszer Q tényezője 0,5, és mint egy túlcsillapított rendszer, a kimenet nem oszcillál, és nem haladja meg az állandó állapotú kimenetét. A rendszer a leggyorsabb idő alatt megközelíti az egyensúlyi állapot aszimptotáját, túllépés nélkül.
sok RF rezonáns rendszerben magas szintű Q tényezőre van szükség. A szűrők esetében elegendő szelektivitásra van szükség, de nem túl sokra, az oszcillátorok esetében pedig a magas Q szint jobb stabilitást és alacsonyabb fáziszajt eredményez. Sok rendszerben a Q tényező nem lehet túl magas, mivel ez azt eredményezheti, hogy a szűrő sávszélessége túl keskeny, és az oszcillátorok nem képesek követni a kívánt tartományt. A Q faktorszinteknek azonban inkább magasnak, mint alacsonynak kell lenniük.
további alapvető elektronikai koncepciók:
feszültség áram teljesítmény ellenállás kapacitás induktivitás transzformátorok Decibel, dB Kirchoff törvényei Q, minőségi tényező RF zaj
vissza az alapvető elektronikai koncepciók menübe . . .