Q, tutorialul factorului de calitate include:
Q, elementele de bază ale factorului de calitate Inductor Q RLC rețea Q
factorul de calitate sau ‘Q’ al unui inductor sau circuit reglat este adesea folosit pentru a oferi o indicație a performanței sale într-un circuit rezonator. Q sau factorul de calitate este un număr adimensional și descrie amortizarea în circuit. De asemenea, oferă o indicație a lățimii de bandă a rezonatorului în raport cu frecvența sa centrală.
valorile factorului de calitate sunt adesea văzute citate și pot fi utilizate în definirea performanței unui inductor, a unui condensator sau a unui circuit reglat.
factorul Q sau de calitate este utilizat cu multe circuite sau elemente reglate RF pentru a indica performanța lor într-un oscilator sau altă formă de circuit rezonant.
formulele Simple raportează pierderile și lățimea de bandă la Q.
Q, elementele de bază ale factorului de calitate
conceptul de Factor de calitate Q A fost conceput pentru prima dată de un inginer numit K. S. Johnson de la Departamentul de inginerie al Western Electric Company din SUA. El a evaluat performanța și calitatea diferitelor bobine. Pe parcursul investigațiilor sale, el a dezvoltat conceptul de Q. Interesant este că alegerea literei Q A fost făcută deoarece toate celelalte litere ale alfabetului au fost luate și nu din cauza termenului factor de calitate, deși cu retrospectivă alegerea literei Q pentru factorul de calitate nu ar fi putut fi mai bună.
factorul de calitate este un concept care se aplică în multe domenii ale fizicii și ingineriei. Este notat cu litera Q și poate fi denumit factorul Q.
factorul Q este un parametru adimensional care indică pierderile de energie dintr-un element rezonant care ar putea fi orice dintr-un pendul mecanic, un element dintr-o structură mecanică sau în cadrul unui circuit electronic, cum ar fi un circuit rezonant.
în timp ce factorul Q al unui element se referă la pierderi, acesta se leagă direct de lățimea de bandă a unui rezonator în raport cu frecvența sa centrală.
Q indică pierderea de energie în raport cu cantitatea de energie stocată în sistem. Astfel, cu cât Q este mai mare, cu atât rata pierderii de energie și, prin urmare, oscilațiile se vor reduce mai lent, adică vor avea un nivel scăzut de amortizare și vor suna mai mult timp.
Pentru circuitele electronice, pierderile de energie din circuit sunt cauzate de rezistență. Deși acest lucru poate apărea oriunde în circuit, principala cauză a rezistenței apare în interiorul inductorului.
definiția factorului de calitate
definiția factorului de calitate este adesea necesară pentru a oferi o înțelegere mai exactă a ceea ce este de fapt această cantitate.
Pentru circuitele electronice, Q este definit ca raportul dintre energia stocată în rezonator și energia furnizată de a către acesta, pe ciclu, pentru a menține constantă amplitudinea semnalului, la o frecvență în care energia stocată este constantă în timp.
poate fi definit și pentru un inductor ca raportul dintre reactanța sa inductivă și rezistența sa la o anumită frecvență și este o măsură a eficienței sale.
efectele factorului Q
când aveți de-a face cu circuite RF reglate, există multe motive pentru care factorul Q este important. De obicei, un nivel ridicat de Q este benefic, dar în unele aplicații un nivel definit de Q poate fi ceea ce este necesar.
unele dintre considerațiile asociate cu Q în circuitele reglate RF sunt rezumate mai jos:
- lățime de bandă: cu creșterea factorului Q sau a factorului de calitate, astfel încât lățimea de bandă a filtrului de circuit reglat este redusă. Pe măsură ce pierderile scad, circuitul reglat devine mai ascuțit pe măsură ce energia este stocată mai bine în circuit.
se poate observa că pe măsură ce Q crește, lățimea de bandă de 3 dB scade și răspunsul General al circuitului reglat crește. În multe cazuri, este necesar un factor Q ridicat pentru a se asigura că gradul necesar de selectivitate este atins. - lățime de bandă largă: în multe aplicații RF există o cerință pentru funcționarea lățimii de bandă largă. Unele forme de modulare necesită o lățime de bandă largă, iar alte aplicații necesită filtre fixe pentru a oferi o acoperire cu bandă largă. Deși poate fi necesară o respingere ridicată a semnalelor nedorite, există o cerință concurentă pentru lățimi de bandă largi. În consecință, în multe aplicații, nivelul Q necesar trebuie determinat pentru a oferi performanța generală necesară pentru îndeplinirea cerințelor pentru lățimea de bandă largă și respingerea adecvată a semnalelor nedorite.
- zgomot de fază oscilator: orice oscilator generează ceea ce este cunoscut sub numele de zgomot de fază. Aceasta cuprinde schimbări aleatorii în faza semnalului. Acest lucru se manifestă ca zgomot care se răspândește de la transportatorul principal. După cum era de așteptat, acest zgomot nu este dorit și, prin urmare, trebuie redus la minimum. Designul oscilatorului poate fi adaptat pentru a reduce acest lucru în mai multe moduri, cel principal fiind prin creșterea Q, factorul de calitate al circuitului reglat al oscilatorului.
- semnale false generale: circuitele și filtrele reglate sunt adesea folosite pentru a elimina semnalele false. Cu cât filtrul este mai ascuțit și cu cât este mai mare nivelul Q, cu atât circuitul va putea elimina mai bine semnalele false.
- sonerie: pe măsură ce Q-ul unui circuit rezonant crește, pierderile scad. Aceasta înseamnă că orice oscilație instalată în circuit va dura mai mult pentru a muri. Cu alte cuvinte, circuitul va tinde să „sune” mai mult. Acest lucru este de fapt ideal pentru utilizarea într-un circuit oscilator, deoarece este mai ușor să configurați și să mențineți o oscilație, deoarece se pierde mai puțină energie în circuitul reglat.
formule ale factorului Q
formula de bază a factorului Q sau a factorului de calitate se bazează pe pierderile de energie din inductor, circuit sau altă formă de componentă.
din definiția factorului de calitate dată mai sus, factorul Q poate fi exprimat matematic în formula factorului Q de mai jos:
când privim lățimea de bandă a unui circuit rezonant RF, aceasta se traduce prin formula factorului Q:
în orice RF sau alt circuit, fiecare componentă individuală poate contribui la Q sau factorul de calitate al rețelei de circuit în ansamblu. Q-ul componentelor, cum ar fi inductoarele și condensatoarele, este adesea citat ca având un anumit factor Q sau factor de calitate.
factor de calitate și amortizare
un aspect al factorului Q care este important în multe circuite este amortizarea. Factorul de calitate, Q determină comportamentul calitativ al oscilatoarelor simple amortizate și afectează alte circuite, cum ar fi răspunsul în filtre etc.
există trei regimuri principale care pot fi luate în considerare atunci când se face referire la factorul de amortizare și Q.
- sub-amortizate (Q > 1 / 2) : Un sistem sub-amortizat este unul în care factorul Q este mai mare de jumătate. Acele sisteme în care factorul Q este doar puțin peste jumătate pot oscila o dată sau de două ori atunci când se aplică un impuls pas înainte ca oscilația să scadă. Pe măsură ce factorul de calitate crește, amortizarea scade și oscilațiile vor fi susținute mai mult timp. Într-un sistem teoretic în care factorul Q este infinit, oscilația ar fi menținută la nesfârșit fără a fi nevoie să adăugați niciun stimul suplimentar. În oscilatoare, un semnal este alimentat înapoi pentru a oferi un stimul suplimentar, dar un factor Q ridicat produce în mod normal un rezultat mult mai curat. Niveluri mai scăzute de zgomot de fază sunt prezente pe semnal.
- supra-amortizat (Q < 1/2): un sistem supra-amortizat are un factor Q care este mai mic de 1/2. În acest tip de sistem, pierderile sunt mari și sistemul nu are depășire. În schimb, sistemul se va dezintegra exponențial, apropiindu-se asimptotic de valoarea stării de echilibru după aplicarea unui impuls pas. Pe măsură ce factorul Q sau factorul de calitate este redus, sistemele răspund mai lent la un impuls pas.
- amortizat critic (Q = 1/2) : sistemul amortizat critic are un factor Q de 0,5 și, ca un sistem supra-amortizat, ieșirea nu oscilează și nu depășește ieșirea la starea de echilibru. Sistemul se va apropia de asimptota la starea de echilibru în cel mai rapid timp, fără nicio depășire.
în multe sisteme rezonante RF, sunt necesare niveluri ridicate de factor Q. Pentru filtre este necesară o selectivitate suficientă, dar nu prea mult, iar pentru oscilatoare niveluri ridicate de Q au ca rezultat o stabilitate îmbunătățită și un zgomot de fază mai mic. În multe sisteme, factorul Q nu trebuie să fie prea mare, deoarece poate duce la lărgimile de bandă ale filtrului prea înguste și oscilatoarele să nu poată urmări intervalul necesar. Cu toate acestea, nivelurile factorului Q trebuie să fie mai degrabă ridicate decât scăzute.
mai multe concepte electronice de bază:
tensiune curent rezistență putere capacitate inductanță transformatoare Decibel, legile dB Kirchoff lui Q, factor de calitate RF zgomot
reveniți la meniul de concepte electronice de bază . . .