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电感的重要参数之Q值

2018-07-24
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什么是电感Q值


电感Q值:也叫电感的品质因素,是衡量电感器件的主要参数。是指电感器在某一频率的交流电压下工作时,所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。电感器的Q值越高,其损耗越小,效率越高。电感器品质因数的高低与线圈导线的直流电阻、线圈骨架的介质损耗及铁心、屏蔽罩等引起的损耗等有关。


根据使用场合的不同,对品质因数Q的要求也不同。对调谐回路中的电感线圈,Q值要求较高,因为Q值越高,回路的损耗就越小,回路的效率就越高;对耦合线圈来说,Q值可以低一些;而对于低频或高频扼流圈,则可以不做要求。


实际上,Q值的提高往往受到一些因素的限制,如导线的直流电阻、线圈骨架的介质损耗、铁心和屏蔽引起的损耗以及高频工作时的集肤效应等。因此,线圈的Q值不可能做得很高,通常Q值为几十至一百,最高也只有四五百。


2

电感Q值的高低的功用 


Q值过大,引起电感烧毁,电容击穿,电路振荡。


Q很大时,将有VL=VC>>V的现象出现。这种现象在电力系统中,往往导致电感器的绝缘和电容器中的电介质被击穿,造成损失。所以在电力系统中应该避免出现谐振现象。而在一些无线电设备中,却常利用谐振的特性,提高微弱信号的幅值。


3

电感Q值的换算


质因数又可写成Q=2pi*电路中存储的能量/电路一个周期内消耗的能量。


通频带BW与谐振频率w0和品质因数Q的关系为:BW=wo/Q,表明,Q大则通频带窄,Q小则通频带宽。

Q=wL/R=1/wRC


其中:

Q是品质因素

w是电路谐振时的电源频率

L是电感

R是串的电阻

C是电容

Q值是品质因素,它是有用功与总功之比。


4

电感Q值的因素 


电感器品质因数的高低与线圈导线的直流电阻、线圈骨架的介质损耗及铁心、屏蔽罩等引起的损耗等有关。


也有人把电感的Q值特意降低的,目的是避免高频谐振/增益过大。降低Q值的办法可以是增加绕组的电阻或使用功耗比较大的磁芯。


Q值一般统称品质因数,它是衡量一个元件或谐振回路性能的一个无量纲单位。简单地说是理想元件与元件中存在的损耗的比值。这个元件可以是电感、电容、介质谐振器、声表面波谐振器、晶体谐振器或LC谐振器。Q值的大小取决于实际应用,并不是越大越好。例如,如果设计一个宽带滤波器,过高的Q值如果不采取其他措施,将使带内平坦度变坏。在电源退耦电路中采用LC退耦应用时高Q值的电感和电容极容易产生自谐振状态,这样反倒不利于消除电源中的干扰噪声。反过来,对于振荡器我们希望有较高的Q值,Q值越高对振荡器的频率稳定度和相位噪声越有利。对不同的应用对Q值有不同的要求。


元件的品质因数,即Q值的大小取决于元件的制作工艺、制作材料以及应用环境。例如,同样一个电感,如果其他参数不变,仅改变绕制电感导线的粗细,则导线粗的电感Q值要比导线细的电感Q值高。如果再在导线上镀银,则镀银导线所绕制的电感要比不镀银导线绕制的电感Q值高。至于介质谐振器其Q值更是取决于构成介质谐振器材料和制作工艺。


Q值的大小还与工作频率有关。一般的电感随着频率的变高其Q值也会增高。但它有一个极限,当超过这个极限频率点后电感的Q值要陡然下降,这个电感就失去了电感的作用。在这点上介质谐振器、声表面波谐振器和晶体谐振器更为明显。当工作频率偏离他们的谐振频率后,其Q值将急剧下降,同时他们也将不能工作。


品质因数描述了回路的储能与它一周耗能之比。


因为同频带与品质因数之积为回路的谐振频率。所以,在保证谐振点的情况下品质因数与通频带的宽窄是一对矛盾。所以不能说品质因数越高越好,还要看对频带的要求的Q值越大,谐振的通频带就越窄,也就是包含的频率范围更窄,如果需要宽一点的通频带,Q值越小越好。


在选频电路(选用某一频率)、阻波电路(阻止某一频率)、吸收电路(衰减某一频率)、陷波电路(去掉某一频率)中都是利用或者去掉某一个频率f,此时Q值越大越好,这是利用谐振电路在谐振时的频率f,当LC并联谐振电路发生谐振时,电路阻抗最大,相当于断路,使频率为f的频率信号不能通过,达到阻止此信号的目的。当LC串联谐振电路发生谐振时,阻抗最小,相当与短路,此时频率为f的频率很容易通过,而其它的信号频率被阻止,就能达到选频的目的。


关于磁损与影响磁环电感Q值关系现在电源设计要求越来越严格,这就要我们对每个问题点必须认真分析计算,针对磁损的计算一般只是简单的根据磁芯的体积和相关的损耗曲线进行简单计算但实际工作之中出现,同一种磁芯不同的绕制方式,与相同磁芯相同的绕制方式线的松紧程度不同,却带来不同的温升差距等。


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