諧振電路的品質因數(Q值)zz

在研究各種諧振電路時,常常涉及到電路的品質因素Q值的問題,那末什麼是Q值呢?下面我們作詳細的論述。

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1是一串聯諧振電路,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。此電路的複數阻抗Z爲三個元件的複數阻抗之和。

Z=R+jωL+(-j/ωC)=R+j(ωL-1/ωC) ⑴

上式電阻R是複數的實部,感抗與容抗之差是複數的虛部,虛部我們稱之爲電抗用X表示, ω是外加信號的角頻率。

當X=0時,電路處於諧振狀態,此時感抗和容抗相互抵消了,即式⑴中的虛部爲零,於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於感抗,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 品質因素Q=1/ωCR,這裏I是電路的總電流。

電感上的電壓有效值UL =ωLI=ωL*U/R=QU 品質因素Q=ωL/R

因爲: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

電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 +(ωLω000 /ωCω0 )2 ]1/2 ω0 是電路諧振時的角頻率。當電路諧振時有:ω0 L=1/ω0 C

所以I=U/{R2 +[ω0 L(ω/ω00 /ω)]2 }1/2 = U/{R2 +[R20 L/R)2 ](ω/ω00 /ω)2 }1/2 = U/R[1+Q2 (ω/ω0-ω0/ω)2 ]1/2

因爲電路諧振時電路的總電流I0 =U/R, 帶入上式,有:
I=I0 /[1+Q2 (ω/ω00 /ω)2 ]1/2 有:I/I0=1/[1+Q2 (ω/ω00 /ω)2 ]1/2 作此式的函數曲線。

設(ω/ω00 /ω)2 =Y

曲線如圖2所示。這裏有三條曲線,對應三個不同的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 均小於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因素Q所決定的,Q值越高選擇性越好。

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