Q值到底是什么?

电学里,诸如分贝,Q值这些概念都让人犯蒙,这很正常,你不犯蒙才不正常。因为这其中任何一词都不只代表了一个意思,更不是在一个地方用的。

仅就品质因数Q来说,高频电路领域至少有三个公式常用到。

公式一是说电感的品质因数。

ω×LR\frac{ {}\omega {}\times L}{R} = QLQ_{L}

这里面的 ω\omega角频率,L 是电感量。一般情况下, ω\omega 和 L 都是我们已经选好的,能变的就是电感的损耗,即等效电阻R。所以等效电阻R越小,电感的品质因数Q就越高。

后两种Q值,则是说谐振电路的品质因数

其中公式二,是从阻抗角度定义谐振电路的品质因数,等于【谐振电路的非谐振状态下的等效电阻值】,除以【谐振状态下的容抗值或感抗值】

RXL=RXC\frac{R}{X_{L}}=\frac{R}{X_{C}} =QLCQ_{LC}

★ 你注意到了吗?这个电路里,虽然Q还是Q,还是代表电路的品质;R也还是R,也还是代表等效电阻,但是“L”已经不是原先的电感量L,而是电感抗 XLX_{L} 了!很多人搞不清R跟Q是啥关系,就是在这搞混了,他不明白R和L,究竟谁该住楼下。实际公式一和公式二说的根本是两种电路,两个状态下的两种参数关系!

其实公式二说的问题很简单,LC电路,在非谐振状态阻抗和谐振状态阻抗差异越大,这个LC电路的选频性能就越好,它Q值也就越大。

而公式三的Q值,是从通带形状的角度定义谐振电路的品质因数,它等于谐振电路的中心频率fo除以谐振电路的带宽BW。

foBW\frac{f_{o}}{BW}= QLCQ_{LC}

我们知道,当中心频率确定时,频带越窄,频率中心越高,谐振电路的Q值也就越高。而在上述公式中,若把通带理解为一个等腰三角形,则fo为三角形的高,BW通频带近似为三角形的对边长度。所以我们知道了中心频率fo和通频带宽度,也就知道了这个选频电路从幅频曲线图上看,是什么形状,以及它能滤过什么信号。

这个公式意味着不同用途的选频放大器,需要装设不同Q值的LC选频电路。像SSB通讯这种业余话音通讯,要求占用频带少,发射效率高,这就逼着爱好者们尽量减小谐振电路损耗,提高放大器选频电路的Q值。而在追求音质的调频广播发射中,我们只希望声音的所有频率部分都能送出去,这就需要在LC电路两端并联电阻,降低放大器选频电路的Q值。

简单讲,就是公式三得出了和公式一公式二不同的结论:即Q值不是越大越好,而是合适就好。

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其实电容也有它的品质因数QCQ_{C}QCQ_{C} =1ω×C×R\frac{1}{\omega \times C\times R} ,但是我们很少用这个指标,一方面是因为电容损耗很小,通常情况不需要算 ,二是需要表示高频电容品质的时候也不用Qc而用 QCQ_{C} 的倒数 tgδtg\delta 来表示,这个叫做损耗角。而低频电容的损耗指标是等效串联电阻ESR,它等于电容处在特定频率时的等效交流电阻值

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