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      電感的重要參數之Q值

      2017-03-30
      什么是電感Q值
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      電感Q值:也叫電感的品質因素,是衡量電感器件的主要參數。是指電感器在某一頻率的交流電壓下工作時,所呈現的感抗與其等效損耗電阻之比。電感器的Q值越高,其損耗越小,效率越高。電感器品質因數的高低與線圈導線的直流電阻、線圈骨架的介質損耗及鐵心、屏蔽罩等引起的損耗等有關。


      根據使用場合的不同,對品質因數Q的要求也不同。對調諧回路中的電感線圈,Q值要求較高,因為Q值越高,回路的損耗就越小,回路的效率就越高;對鵝合線圈來說,Q值可以低一些;而對于低頻或高頻扼流圈,則可以不做要求。


      實際上,Q值的提高往往受到一些因素的限制,如導線的直流電阻、線圈骨架的介質損耗、鐵心和屏蔽引起的損耗以及高頻工作時的集膚效應等。因此,線圈的Q值不可能做得很高,通常Q值為幾十至一百,**也只有四五百。



      電感Q值的高低的功用 
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      Q值過大,引起電感燒毀,電容擊穿,電路振蕩。

      Q很大時,將有VL=VC>>V的現象出現。這種現象在電力系統中,往往導致電感器的絕緣和電容器中的電介質被擊穿,造成損失。所以在電力系統中應該避免出現諧振現象。而在一些無線電設備中,卻常利用諧振的特性,提高微弱信號的幅值。


      電感Q值的換算 
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      品質因數又可寫成Q=2pi*電路中存儲的能量/電路一個周期內消耗的能量。

      通頻帶BW與諧振頻率w0和品質因數Q的關系為:BW=wo/Q,表明,Q大則通頻帶窄,Q小則通頻帶寬。

      Q=wL/R=1/wRC

      其中:

      Q是品質因素

      w是電路諧振時的電源頻率

      L是電感

      R是串的電阻

      C是電容

      Q值是品質因素,它是有用功與總功之比。


      影響電感Q值的因素 
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      電感器品質因數的高低與線圈導線的直流電阻、線圈骨架的介質損耗及鐵心、屏蔽罩等引起的損耗等有關。


      也有人把電感的Q值特意降低的,目的是避免高頻諧振/增益過大。降低Q值的辦法可以是增加繞組的電阻或使用功耗比較大的磁芯。


      Q值一般統稱品質因數,它是衡量一個元件或諧振回路性能的一個無量綱單位。簡單地說是理想元件與元件中存在的損耗的比值。這個元件可以是電感、電容、介質諧振器、聲表面波諧振器、晶體諧振器或LC諧振器。Q值的大小取決于實際應用,并不是越大越好。例如,如果設計一個寬帶濾波器,過高的Q值如果不采取其他措施,將使帶內平坦度變壞。在電源退耦電路中采用LC退耦應用時高Q值的電感和電容極容易產生自諧振狀態,這樣反倒不利于消除電源中的干擾噪聲。反過來,對于振蕩器我們希望有較高的Q值,Q值越高對振蕩器的頻率穩定度和相位噪聲越有利。對不同的應用對Q值有不同的要求。


      元件的品質因數,即Q值的大小取決于元件的制作工藝、制作材料以及應用環境。例如,同樣一個電感,如果其他參數不變,僅改變繞制電感導線的粗細,則導線粗的電感Q值要比導線細的電感Q值高。如果再在導線上鍍銀,則鍍銀導線所繞制的電感要比不鍍銀導線繞制的電感Q值高。至于介質諧振器其Q值更是取決于構成介質諧振器材料和制作工藝。


      Q值的大小還與工作頻率有關。一般的電感隨著頻率的變高其Q值也會增高。但它有一個極限,當超過這個極限頻率點后電感的Q值要陡然下降,這個電感就失去了電感的作用。在這點上介質諧振器、聲表面波諧振器和晶體諧振器更為明顯。當工作頻率偏離他們的諧振頻率后,其Q值將急劇下降,同時他們也將不能工作。


      品質因數描述了回路的儲能與它一周耗能之比。


      因為同頻帶與品質因數之積為回路的諧振頻率。所以,在保證諧振點的情況下品質因數與通頻帶的寬窄是一對矛盾。所以不能說品質因數越高越好,還要看對頻帶的要求的Q值越大,諧振的通頻帶就越窄,也就是包含的頻率范圍更窄,如果需要寬一點的通頻帶,Q值越小越好。


      在選頻電路(選用某一頻率)、阻波電路(阻止某一頻率)、吸收電路(衰減某一頻率)、陷波電路(去掉某一頻率)中都是利用或者去掉某一個頻率f,此時Q值越大越好,這是利用諧振電路在諧振時的頻率f,當LC并聯諧振電路發生諧振時,電路阻抗**,相當于斷路,使頻率為f的頻率信號不能通過,達到阻止此信號的目的。當LC串聯諧振電路發生諧振時,阻抗*小,相當與短路,此時頻率為f的頻率很容易通過,而其它的信號頻率被阻止,就能達到選頻的目的。


      關于磁損與影響磁環電感Q值關系現在電源設計要求越來越嚴格,這就要我們對每個問題點必須認真分析計算,針對磁損的計算一般只是簡單的根據磁芯的體積和相關的損耗曲線進行簡單計算但實際工作之中出現,同一種磁芯不同的繞制方式,與相同磁芯相同的繞制方式線的松緊程度不同,卻帶來不同的溫升差距等。



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