【E問E答】什么是諧振電路的品質(zhì)因數(shù)(Q值)
在研究各種諧振電路時,常常涉及到電路的品質(zhì)因素Q值的問題,那末什么是Q值呢?本文我們作詳細的論述。
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1是一串聯(lián)諧振電路,它由電容C、電感L和由電容的漏電阻與電感的線電阻R所組成。此電路的復(fù)數(shù)阻抗Z為三個 元件的復(fù)數(shù)阻抗之和。
Z=R+jωL+(-j/ωC)=R+j(ωL-1/ωC) ⑴
上式電阻R是復(fù)數(shù)的實部,感抗與容抗之差是復(fù)數(shù)的虛部,虛部我們稱之為電抗用X表示, ω是外加信號的角頻率。
當X=0時,電路處于諧振狀態(tài),此時感抗和容抗相互抵消了,即式⑴中的虛部為零,于是電路中的阻抗最小。因此電流最大,電路此時是一個純電阻性負載電路,電路中的電壓與電流同相。電路在諧振時容抗等于感抗,所以電容和電感上兩端的電壓有效值必然相等,
電容上的電壓有效值UC=I*1/ωC=U/ωCR=QU 品質(zhì)因素Q=1/ωCR,這里I是電路的總電流。
電感上的電壓有效值UL=ωLI=ωL*U/R=QU 品質(zhì)因素Q=ωL/R
因為:UC=UL 所以Q=1/ωCR=ωL/R
電容上的電壓與外加信號電壓U之比UC/U= (I*1/ωC)/RI=1/ωCR=Q
感上的電壓與外加信號電壓U之比UL/U= ωLI/RI=ωL/R=Q
從上面分析可見,電路的品質(zhì)因素越高,電感或電容上的電壓比外加電壓越高。
電路的選擇性:圖1電路的總電流I=U/Z=U/[R2+(ωL-1/ωC)2]1/2=U/[R2+(ωLω0/ω0-ω0/ωCω0)2]1/2 ω0是電路諧振時的角頻率。當電路諧振時有:ω0L=1/ω0C
所以I=U/{R2+[ω0L(ω/ω0-ω0/ω)]2}1/2= U/{R2+[R2(ω0L/R)2](ω/ω0-ω0/ω)2}1/2= U/R[1+Q2(ω/ω0-ω0/ω)2]1/2
因為電路諧振時電路的總電流I0=U/R,
所以I=I0/[1+Q2(ω/ω0-ω0/ω)2]1/2有:I/I0=1/[1+Q2(ω/ω0-ω0/ω)2]1/2作此式的函數(shù)曲線。設(shè)(ω/ω0-ω0/ω)2=Y
曲線如圖2所示。這里有三條曲線,對應(yīng)三個不同的Q值,其中有Q1>Q2>Q3。從圖中可看出當外加信號頻率ω偏離電路的諧振頻率ω0時, I/I0均小于1。Q值越高在一定的頻偏下電流下降得越快,其諧振曲線越尖銳。也就是說電路的選擇性是由電路的品質(zhì)因素Q所決定的,Q值越高選擇性越好。
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