谐振电路的品质因数(Q值)的解释
在研究各种谐振电路时,通常会涉及电路品质因数的Q值。那么Q值是多少?下面我们进行详细的讨论。
图1是串联谐振电路,其由电容器C,电感L以及电容器的漏电阻和电感的线电阻R组成。该电路的复阻抗Z是这三个分量的复阻抗之和。
Z = R +jΩL+(-j /ΩC)= R + j(ΩL-1/ΩC)⑴上述电阻R是R的实部。虚数部分,我们称为电抗,用X表示,Ω表示一个复数,并且电感和电容电抗之间的差是一个复数。
是外部信号的角频率。当X = 0时,电路处于谐振状态。
此时,电感性电抗和电容性电抗相互抵消,即,式(1)中的虚部为零,因此电路中的阻抗最小。因此,电流最大,此时电路为纯电阻负载电路,电路中的电压与电流同相。
电路的电容电抗等于谐振时的电感电抗,因此电容器和电感器两端的电压有效值必须相等。电容器上电压的有效值为UC = I * 1 /ΩC= U /ΩCR= QU品质因数Q = 1 /ΩCR,其中I是总电流电路。
电感器上的电压的有效值UL =ωLI =ωL * U / R = QU品质因数Q =ωL / R因为:UC = UL所以Q = 1 /& ΩCR=ΩL/ R电容传感器上的电压与施加的信号电压U UC / U =(I * 1 /ΩC)/ RI = 1 /Ω的比值。 ; CR = Q电感上的电压与施加的信号电压U UL / U =ωΩ的比。
LI / RI =ωL/ R = Q从以上分析可以看出,电路的品质因数越高,电感器或电容器上的电压比所施加的电压越高。电路选择性:总电流I = U / Z = U / [R2 +(Ω-1/ΩC)2] 1/2 = U / [R2 +(ΩL& C)2; 0 / omega; 0-omega0 / oC&omega0)2] 1 / 2o0是电路谐振时的角频率。
当电路谐振时:&ω0L= 1 /&ωC0C/,因此I = U / {R2 + [ω0L(& omega; /&ω0-& omega; 0 /& ; omega;)] 2} 1/2 = U / {R2 + [R2(omega0L / R)2](omega; / omega0-omega0 / omega; )2} 1/2 = U / R [1 + Q2(& omega; 0-& omega; 0 /& omega))2] 1/2因为电路的总电流在电路谐振I0 = U / R,因此I = I0 / [1 + Q2(omega // omega0-omega0 / omega0)2] 1/2具有:I / I0 = 1 / [1 + Q2(ω/ω0-ω0/ω0)2] 1/2作为该公式的函数曲线。假设(ω/ω0-ω0/ω0)2 = Y该曲线如图2所示。
这里有3条曲线,对应于3个不同的Q值,其中是Q1“ Q2” Q3。从图中可以看出,当外部信号的频率&欧米茄偏离电路的谐振频率欧米茄0,I / I0均小于1。
Q值越高,在一定频率偏差下电流下降越快,谐振曲线越锐利。也就是说,电路的选择性由电路的品质因数Q决定。
Q值越高,选择性越好。
图1是串联谐振电路,其由电容器C,电感L以及电容器的漏电阻和电感的线电阻R组成。该电路的复阻抗Z是这三个分量的复阻抗之和。
Z = R +jΩL+(-j /ΩC)= R + j(ΩL-1/ΩC)⑴上述电阻R是R的实部。虚数部分,我们称为电抗,用X表示,Ω表示一个复数,并且电感和电容电抗之间的差是一个复数。
是外部信号的角频率。当X = 0时,电路处于谐振状态。
此时,电感性电抗和电容性电抗相互抵消,即,式(1)中的虚部为零,因此电路中的阻抗最小。因此,电流最大,此时电路为纯电阻负载电路,电路中的电压与电流同相。
电路的电容电抗等于谐振时的电感电抗,因此电容器和电感器两端的电压有效值必须相等。电容器上电压的有效值为UC = I * 1 /ΩC= U /ΩCR= QU品质因数Q = 1 /ΩCR,其中I是总电流电路。
电感器上的电压的有效值UL =ωLI =ωL * U / R = QU品质因数Q =ωL / R因为:UC = UL所以Q = 1 /& ΩCR=ΩL/ R电容传感器上的电压与施加的信号电压U UC / U =(I * 1 /ΩC)/ RI = 1 /Ω的比值。 ; CR = Q电感上的电压与施加的信号电压U UL / U =ωΩ的比。
LI / RI =ωL/ R = Q从以上分析可以看出,电路的品质因数越高,电感器或电容器上的电压比所施加的电压越高。电路选择性:总电流I = U / Z = U / [R2 +(Ω-1/ΩC)2] 1/2 = U / [R2 +(ΩL& C)2; 0 / omega; 0-omega0 / oC&omega0)2] 1 / 2o0是电路谐振时的角频率。
当电路谐振时:&ω0L= 1 /&ωC0C/,因此I = U / {R2 + [ω0L(& omega; /&ω0-& omega; 0 /& ; omega;)] 2} 1/2 = U / {R2 + [R2(omega0L / R)2](omega; / omega0-omega0 / omega; )2} 1/2 = U / R [1 + Q2(& omega; 0-& omega; 0 /& omega))2] 1/2因为电路的总电流在电路谐振I0 = U / R,因此I = I0 / [1 + Q2(omega // omega0-omega0 / omega0)2] 1/2具有:I / I0 = 1 / [1 + Q2(ω/ω0-ω0/ω0)2] 1/2作为该公式的函数曲线。假设(ω/ω0-ω0/ω0)2 = Y该曲线如图2所示。
这里有3条曲线,对应于3个不同的Q值,其中是Q1“ Q2” Q3。从图中可以看出,当外部信号的频率&欧米茄偏离电路的谐振频率欧米茄0,I / I0均小于1。
Q值越高,在一定频率偏差下电流下降越快,谐振曲线越锐利。也就是说,电路的选择性由电路的品质因数Q决定。
Q值越高,选择性越好。
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