ปัจจัยคุณภาพของวงจรเรโซแนนซ์

ปัจจัยด้านคุณภาพของวงจรเรโซแนนซ์คืออะไร? หวู่ฮั่น UHV เชี่ยวชาญในการผลิตอุปกรณ์เรโซแนนซ์แบบอนุกรมพร้อมผลิตภัณฑ์ให้เลือกมากมายและการทดสอบทางไฟฟ้าระดับมืออาชีพ เมื่อมองหาอุปกรณ์เรโซแนนซ์แบบอนุกรม, เลือกหวู่ฮั่น UHV

วงจรเรโซแนนซ์มีการใช้งานที่หลากหลายในเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ ลักษณะของวงจรเรโซแนนซ์มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับปัจจัยด้านคุณภาพ (เช่น ค่า Q) เพื่อให้ได้ค่า Q ของวงจร เราควรเริ่มจากคำจำกัดความเพื่อให้เข้าใจความหมายของค่า Q ให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น และทำความเข้าใจคุณลักษณะของวงจรเรโซแนนซ์ให้ครอบคลุมยิ่งขึ้น เมื่อศึกษาวงจรเรโซแนนซ์ต่างๆ ปัจจัยด้านคุณภาพค่า Q ของวงจรมักเกี่ยวข้องด้วย แล้วค่า Q คืออะไร? ด้านล่างนี้เราจะให้การอภิปรายโดยละเอียด

คำจำกัดความดั้งเดิมของปัจจัยด้านคุณภาพถูกกำหนดโดยพลังงาน ซึ่งแสดงถึงความสัมพันธ์การแปลงระหว่างพลังงานในวงจร นั่นคือประสิทธิภาพการจัดเก็บพลังงานของวงจร ความหมายทางกายภาพของปัจจัยด้านคุณภาพสามารถแสดงได้อย่างชัดเจนจากคำจำกัดความของปัจจัยด้านคุณภาพพลังงานซึ่งมีความสำคัญสากลสำหรับวงจรต่างๆ

สำหรับการคำนวณตัวประกอบคุณภาพของซีรีย์ RLC แบบง่ายและวงจรขนาน เราสามารถใช้สูตรคำจำกัดความของตัวประกอบคุณภาพในซีรีย์ RLC และวงจรขนานได้โดยตรง แต่สำหรับวงจรเรโซแนนซ์ RLC ที่ซับซ้อนกว่าเล็กน้อย สูตรเหล่านี้จะไม่สามารถใช้ได้อีกต่อไป คำจำกัดความดั้งเดิมที่สุดของปัจจัยด้านคุณภาพ กล่าวคือ คำจำกัดความของพลังงาน จะต้องเป็นปัจจัยด้านคุณภาพของวงจรเรโซแนนซ์ใดๆ ที่สามารถคำนวณได้ แต่อาจค่อนข้างยุ่งยาก

รูปที่ 1 แสดงวงจรเรโซแนนซ์อนุกรมที่ประกอบด้วยตัวเก็บประจุ C ตัวเหนี่ยวนำ L และความต้านทานการรั่วไหลของตัวเก็บประจุและความต้านทานเส้นของตัวเหนี่ยวนำ R อิมพีแดนซ์เชิงซ้อน Z ของวงจรนี้คือผลรวมของอิมพีแดนซ์เชิงซ้อนของสามองค์ประกอบ

รูปที่ 1

Z=R+jωL+(-j/ωC)=R+j(ωL-1/ωC) ⑴

ความต้านทาน R ในสมการข้างต้นคือส่วนที่แท้จริงของจำนวนเชิงซ้อน และความแตกต่างระหว่างปฏิกิริยารีแอคแทนซ์แบบเหนี่ยวนำและรีแอกแทนซ์แบบคาปาซิทีฟคือส่วนจินตภาพของจำนวนเชิงซ้อน เราเรียกส่วนจินตภาพว่ารีแอกแตนซ์ ซึ่งแสดงด้วย X และ ω คือความถี่เชิงมุมของสัญญาณที่ใช้

เมื่อ X=0 วงจรจะอยู่ในสถานะเรโซแนนซ์ โดยที่รีแอแทนซ์แบบเหนี่ยวนำและแบบคาปาซิทีฟหักล้างกัน กล่าวคือ ส่วนจินตภาพในสมการ ⑴ จะเป็นศูนย์ ส่งผลให้อิมพีแดนซ์ต่ำสุดในวงจร ดังนั้นกระแสจึงอยู่ที่ระดับสูงสุด และตอนนี้วงจรจึงเป็นวงจรโหลดความต้านทานล้วนๆ โดยที่แรงดันและกระแสในวงจรอยู่ในเฟส เมื่อวงจรดังสะท้อน ความจุของมันจะเท่ากับความเหนี่ยวนำ ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพระหว่างตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำจะต้องเท่ากัน

ค่าประสิทธิผลของแรงดันไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุ UC=I * 1/ω C=U/ω CR=QU ปัจจัยด้านคุณภาพ Q=1/ω CR โดยที่ I คือกระแสรวมของวงจร

ค่าประสิทธิผลของแรงดันไฟฟ้าบนตัวเหนี่ยวนำ UL=ω LI=ω L * U/R=QU ปัจจัยด้านคุณภาพ Q=ω L/R

เนื่องจาก UC=UL, Q=1/ω CR=ω L/R

อัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุต่อแรงดันไฟฟ้าของสัญญาณที่ใช้ U UC/U=(I * 1/ω C)/RI=1/ω CR=Q อัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าบนตัวเหนี่ยวนำต่อแรงดันไฟฟ้าของสัญญาณที่ใช้ U UL/U=ω LI/RI=ω L/R=Q

จากการวิเคราะห์ข้างต้น จะเห็นได้ว่ายิ่งปัจจัยคุณภาพของวงจรสูงเท่าใด แรงดันไฟฟ้าบนตัวเหนี่ยวนำหรือตัวเก็บประจุก็จะยิ่งสูงขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้

บทสรุป

คำจำกัดความพลังงานของปัจจัยด้านคุณภาพแสดงให้เห็นความหมายทางกายภาพของปัจจัยด้านคุณภาพอย่างชัดเจน และมีความสำคัญสากลสำหรับวงจรต่างๆ อย่างไรก็ตาม มันค่อนข้างยากหรือยากเลยที่จะใช้มันเพื่อแก้ปัจจัยคุณภาพของวงจรเรโซแนนซ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น คำจำกัดความของปัจจัยด้านคุณภาพของวงจรอนุกรมและวงจรเรโซแนนซ์แบบขนานถูกกำหนดโดยตรงจากมุมมองของพารามิเตอร์วงจร คำจำกัดความนี้มีประโยชน์ในการคำนวณปัจจัยด้านคุณภาพ แต่จากมุมมองที่เข้าใจแล้ว คำจำกัดความนี้ยังไม่ชัดเจนเท่ากับคำจำกัดความด้านพลังงานของปัจจัยด้านคุณภาพ ทำให้มองเห็นความหมายทางกายภาพได้ง่ายขึ้น จากการพิสูจน์ในส่วนแรก เราจะเห็นว่าคำจำกัดความของตัวประกอบคุณภาพของวงจรอนุกรมและวงจรเรโซแนนซ์แบบขนานนั้นสามารถหาได้จากคำจำกัดความพลังงานของตัวประกอบคุณภาพ และทั้งสองมีค่าเท่ากัน สูตรการคำนวณอย่างง่ายสำหรับการหาตัวประกอบคุณภาพของวงจรเรโซแนนซ์ใดๆ ที่ให้ไว้ในบทความนี้มีประสิทธิภาพในการหาสูตรการคำนวณตัวประกอบคุณภาพของวงจรเรโซแนนซ์พารามิเตอร์แบบรวมต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวงจรเรโซแนนซ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น ตราบใดที่ได้รับความต้านทาน ความเหนี่ยวนำ และความจุของวงจรที่เท่ากันภายใต้สภาวะเรโซแนนซ์ การคำนวณตัวประกอบคุณภาพของวงจรเรโซแนนซ์อนุกรมสามารถนำไปใช้โดยตรงเพื่อให้ได้ตัวประกอบคุณภาพของวงจร วิธีนี้ง่ายและใช้งานง่าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการแก้ไขวงจรที่ซับซ้อน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความเหนือกว่าอย่างมาก