电路的转移函数H(ω)=X(ω)Y(ω),这里的X(ω),Y(ω)是电路的有关相量
Q值的第一种意义
LCR串联电路
在一个LCR串联电路中,H(ω)=I(ω)U(ω)=Z(ω)=jωL−ωCj+R,当ω=ω0=LC时,H(ω)的振幅是最小的,也就意味着电路是纯电阻电路且损耗最小,这是一种谐振状态
此时,电路的品质因数被定义为
Q:=2π电路在一个周期内消耗的总能量电路存储的峰值能量=2π(2I0)2R⋅ω02π21LI02=Rω0L
其中I0是电路中的峰值电流;由谐振条件,Q也可以被写为ω0CR1
LCR并联电路
这时候为了方便,可以定义H(ω)=U(ω)I(ω)=Y(ω)=−ωLj+jωC+R1, 也在ω=ω0=LC时,电路的导纳的振幅最小,电路是纯电阻电路且损耗最大,达到谐振状态
同样地,这时候电路的品质因数是
Q=2π电路在一个周期内消耗的总能量电路存储的峰值能量=2πR(2U)2⋅ω02π21CU2=ω0CR
元件Q值
元件的Q值:=P有功P无功, 在电路的品质因数Qr中由R=rC+rR知对于串联电路有
Qr1=ω0LrC+rL=ω0LrL+rCω0C=QL1+QC1
同时,我们定义耗散因数
tanδ=P无功P有功=Q1
其中δ称为损耗角
Q值的第二种意义
半功率频率: 在频率ω=ω1,ω2时,电路消耗的功率是最大功率的一半,可以通过设置Z=2R得到. 定义带宽为两个半功率频率之差B=ω2−ω1,经过计算可以得到
B=LR=Qω0
也就是说,电路的Q值越大,谐振电路的带宽更窄、频率选择性更好
在Q≥10时,可以认为ω1,ω2关于ω0对称,此时可以有
ω1≈ω0−2B;ω2≈ω0+2B
Q值的第三种意义
在串联LCR谐振电路中考虑用转移函数表示电压增益
H(ω)=0+RZC=ω0CR1=0+RZL=Rω0L=Q
这里的Q表示了电压的增益