Q, współczynnik jakości samouczek zawiera:
Q, współczynnik jakości podstawy cewki Q RLC sieć Q
współczynnik jakości lub ” Q ” cewki lub dostrojonego obwodu jest często używany do wskazania jego wydajności w obwodzie rezonatora. Współczynnik Q lub współczynnik jakości jest liczbą bezwymiarową i opisuje tłumienie w obwodzie. Wskazuje również szerokość pasma rezonatora w stosunku do jego częstotliwości środkowej.
wartości współczynnika jakości są często cytowane i mogą być używane do definiowania wydajności cewki indukcyjnej, kondensatora lub dostrojonego obwodu.
Współczynnik Q lub jakość jest używany w wielu obwodach lub elementach dostrojonych RF, aby wskazać ich wydajność w oscylatorze lub innej formie obwodu rezonansowego.
proste formuły odnoszą straty i przepustowość do Q.
Q, Quality factor basics
koncepcja Q, Quality Factor została po raz pierwszy przewidziana przez inżyniera o nazwisku K. S. Johnson z działu inżynierii firmy Western Electric w USA. Oceniał wydajność i jakość różnych cewek. W trakcie swoich badań rozwinął koncepcję Q. Co ciekawe, jego wybór litery Q został dokonany, ponieważ wszystkie inne litery alfabetu zostały wzięte, a nie ze względu na czynnik jakości, chociaż z perspektywy czasu wybór litery Q dla współczynnika jakości nie mógł być lepszy.
współczynnik jakości to pojęcie mające zastosowanie w wielu dziedzinach fizyki i inżynierii. Jest on oznaczany literą Q i może być określany jako współczynnik Q.
współczynnik Q jest bezwymiarowym parametrem, który wskazuje straty energii w elemencie rezonansowym, który może być czymś od mechanicznego wahadła, elementu w strukturze mechanicznej lub w obwodzie elektronicznym, takim jak obwód rezonansowy.
podczas gdy współczynnik Q elementu odnosi się do strat, wiąże się to bezpośrednio z szerokością pasma rezonatora w odniesieniu do jego częstotliwości środkowej.
Q wskazuje straty energii w stosunku do ilości energii zmagazynowanej w systemie. Im wyższe Q tym niższe tempo strat energii, a co za tym idzie oscylacje będą się zmniejszać wolniej, tzn. będą miały niski poziom tłumienia i będą dzwonić dłużej.
w przypadku obwodów elektronicznych straty energii w obwodzie są spowodowane rezystancją. Chociaż może to nastąpić w dowolnym miejscu w obwodzie, główną przyczyną oporu występuje w cewce indukcyjnej.
definicja współczynnika jakości
definicja współczynnika jakości jest często potrzebna, aby dokładniej zrozumieć, czym jest ta ilość.
Dla układów elektronicznych, Q jest zdefiniowany jako stosunek energii przechowywanej w rezonatorze do energii dostarczanej przez a do niego, na cykl, w celu utrzymania stałej amplitudy sygnału, przy częstotliwości, w której zmagazynowana energia jest stała w czasie.
można go również zdefiniować dla induktora jako stosunek jego reaktancji indukcyjnej do rezystancji przy określonej częstotliwości i jest miarą jego wydajności.
wpływ czynnika Q
w przypadku układów strojonych RF istnieje wiele powodów, dla których czynnik Q jest ważny. Zwykle korzystny jest wysoki poziom Q, ale w niektórych zastosowaniach wymagany może być określony poziom Q.
niektóre z rozważań związanych z Q w układach strojonych RF podsumowano poniżej:
- przepustowość: wraz ze wzrostem współczynnika Q lub współczynnika jakości zmniejsza się przepustowość dostrojonego filtra obwodu. Ponieważ straty maleją, więc dostrojony Obwód staje się ostrzejszy, ponieważ energia jest lepiej przechowywana w obwodzie.
widać, że wraz ze wzrostem Q, więc pasmo 3 dB maleje, a ogólna odpowiedź dostrojonego obwodu wzrasta. W wielu przypadkach konieczny jest wysoki współczynnik Q, aby zapewnić osiągnięcie wymaganego stopnia selektywności. - szeroka przepustowość: w wielu aplikacjach RF istnieje wymóg pracy z szeroką przepustowością. Niektóre formy modulacji wymagają szerokiego pasma, a inne zastosowania wymagają stałych filtrów, aby zapewnić szerokie pasmo. Podczas gdy wysokie odrzucenie niechcianych sygnałów może być wymagane, istnieje konkurencyjne wymaganie dla szerokich pasm. W związku z tym w wielu zastosowaniach Wymagany poziom Q musi zostać określony, aby zapewnić ogólną wydajność, która jest potrzebna, spełniając wymagania dotyczące szerokiego pasma i odpowiedniego odrzucania niechcianych sygnałów.
- szum fazowy oscylatora: dowolny oscylator generuje szum fazowy. Obejmuje to losowe przesunięcia w fazie sygnału. Przejawia się to w postaci hałasu, który rozprzestrzenia się z głównego nośnika. Jak można się było spodziewać, hałas ten nie jest pożądany i dlatego należy go zminimalizować. Konstrukcja oscylatora może być dostosowana do zmniejszenia tego na wiele sposobów, z których główny polega na zwiększeniu Q, współczynnika jakości dostrojonego obwodu oscylatora.
- ogólne sygnały niepożądane: dostrojone obwody i filtry są często używane do usuwania sygnałów niepożądanych. Im ostrzejszy filtr i im wyższy poziom Q, tym lepszy obwód będzie w stanie usunąć fałszywe sygnały.
- dzwonienie: gdy Q obwodu rezonansowego wzrasta, więc straty maleją. Oznacza to, że każda oscylacja ustawiona w obwodzie zajmie więcej czasu, aby umrzeć. Innymi słowy, obwód będzie miał tendencję do” dzwonienia ” bardziej. Jest to w rzeczywistości idealne do stosowania w obwodzie oscylatora, ponieważ łatwiej jest skonfigurować i utrzymać oscylację, ponieważ mniej energii jest tracone w dostrojonym obwodzie.
formuły współczynnika Q
podstawowy wzór współczynnika Q lub współczynnika jakości opiera się na stratach energii w cewce indukcyjnej, obwodzie lub innej formie komponentu.
z powyższej definicji współczynnika jakości współczynnik Q można matematycznie wyrazić wzorem współczynnika Q poniżej:
patrząc na szerokość pasma obwodu rezonansowego RF, przekłada się to na wzór współczynnika Q:
w dowolnym RF lub innym obwodzie każdy pojedynczy komponent może przyczynić się do współczynnika Q lub jakości sieci obwodów jako całości. Q elementów takich jak cewki i kondensatory są często cytowane jako posiadające pewien współczynnik Q lub współczynnik jakości.
współczynnik jakości i tłumienie
jednym z aspektów współczynnika Q, który ma znaczenie w wielu układach, jest tłumienie. Współczynnik jakości, Q określa zachowanie jakościowe prostych oscylatorów tłumionych i wpływa na inne obwody, takie jak reakcja w filtrach itp.
istnieją trzy główne reżimy, które można wziąć pod uwagę, odnosząc się do tłumienia i współczynnika Q.
- Niedotłumiony (Q > 1/2) : System niedostatecznie tłumiony to taki, w którym współczynnik Q jest większy niż połowa. Układy, w których współczynnik Q wynosi tylko nieco ponad połowę, mogą oscylować raz lub dwa razy, gdy zostanie zastosowany impuls krokowy, zanim oscylacja ustąpi. Wraz ze wzrostem współczynnika jakości tłumienie spada, a oscylacje będą dłużej utrzymywane. W układzie teoretycznym, w którym Współczynnik Q jest nieskończony, oscylacja byłaby utrzymywana w nieskończoność bez potrzeby dodawania kolejnych bodźców. W oscylatorach niektóre sygnały są przesyłane z powrotem, aby zapewnić dodatkowy bodziec, ale wysoki współczynnik Q zwykle daje znacznie czystszy wynik. Na sygnale występują niższe poziomy szumu fazowego.
- Over-damped (Q < 1/2): system over-damped ma współczynnik Q mniejszy niż 1/2. W tego typu systemie straty są wysokie, a system nie ma przekroczenia. Zamiast tego układ ulegnie wykładniczemu rozpadowi, zbliżając się asymptotycznie do wartości stanu ustalonego po zastosowaniu impulsu krokowego. Ponieważ współczynnik Q lub współczynnik jakości jest zmniejszany, więc systemy reagują wolniej na impuls krokowy.
- krytycznie wytłumiony (Q = 1/2) : krytycznie wytłumiony system ma współczynnik Q 0,5 i podobnie jak system z tłumieniem, wyjście nie oscyluje i nie przekracza jego stanu ustalonego. System zbliży się do asymptoty w stanie ustalonym w najszybszym czasie bez żadnego przekroczenia.
w wielu systemach rezonansowych RF wymagany jest wysoki poziom współczynnika Q. Dla filtrów potrzebna jest wystarczająca selektywność, ale nie za duża, a dla oscylatorów wysoki poziom Q skutkuje lepszą stabilnością i niższym szumem fazowym. W wielu systemach Współczynnik Q nie powinien być zbyt wysoki, ponieważ może to spowodować zbyt wąską szerokość pasma filtrów, a oscylatory nie są w stanie śledzić w wymaganym zakresie. Jednak poziomy czynnika Q muszą być raczej wysokie niż niskie.
więcej Podstawowe pojęcia elektroniki:
Napięcie Prąd Rezystancja mocy pojemność Transformatory indukcyjne Decybel, dB prawa Kirchoffa Q, współczynnik jakości RF hałas
powrót do menu podstawowe pojęcia elektroniki . . .