品質因子
編輯在物理和工程中,品質因數或質量因數是描述振蕩器或諧振器欠阻尼程度的無量綱參數。 它被定義為諧振器中存儲的初始能量與在振蕩周期的一個弧度內損失的能量之比。 質量因數也可以定義為諧振器在受到振蕩驅動力時的中心頻率與其帶寬之比。 這兩個定義給出了數值上相似但不相同的結果。 Q 值越高表示能量損失率越低,振蕩消失得越慢。 懸掛在優質軸承上并在空氣中擺動的擺具有高 Q,而浸在油中的擺具有低 Q。 品質因數高的諧振器阻尼低,因此振鈴或振動時間更長。
說明
編輯品質因子是描述欠阻尼諧波振蕩器(諧振器)諧振行為的參數。 具有較高產品質量的正弦驅動諧振器以較大的振幅(在諧振頻率下)諧振,但在諧振頻率附近具有較小的頻率范圍; 振蕩器諧振的頻率范圍稱為帶寬。 因此,無線電接收器中的高 Q 調諧電路將更難調諧,但具有更高的選擇性; 它可以更好地過濾掉頻譜附近其他電臺的信號。 高 Q 振蕩器以較小的頻率范圍振蕩并且更穩定。
振蕩器的品質因數因系統而異,這取決于它們的結構。 阻尼很重要的系統(例如防止門砰地關上的阻尼器)的 Q 接近 1?2。 需要強諧振或高頻穩定性的時鐘、激光器和其他諧振系統具有高品質因數。 音叉的品質因數在1000左右。原子鐘、加速器中使用的超導射頻腔和一些高Q激光器的品質因數可高達1011甚至更高。
物理學家和工程師使用許多替代量來描述振蕩器的阻尼程度。 重要示例包括:阻尼比、相對帶寬、線寬和以倍頻程測量的帶寬。
Q的概念起源于Western Electric Company工程部的K. S. Johnson在評估線圈(電感器)質量時提出的。 他選擇符號 Q 只是因為當時字母表中的所有其他字母都被占用了。 該術語并非旨在作為質量或質量因素的縮寫,盡管這些術語已經與它相關聯。
定義
編輯自 1914 年首次使用以來,Q 的定義已被推廣到適用于線圈和電容器、諧振電路、諧振裝置、諧振傳輸線、空腔諧振器,并已擴展到電子領域之外,適用于一般的動力系統:機械和 聲諧振器、材料 Q 和量子系統,例如譜線和粒子共振。
帶寬定義
在諧振器的上下文中,Q 有兩個通用定義,它們并不完全等同。 隨著 Q 變大,它們變得近似相等,這意味著諧振器的阻尼變小。
其中 fr 是諧振頻率,Δf 是諧振寬度或半峰全寬 (FWHM),即振動功率大于諧振頻率功率一半的帶寬,ωr = 2πfr 是角諧振頻率, Δω是角半功率帶寬。
根據這個定義,Q 是分數帶寬的倒數。
儲能定義
Q 的另一個常見的幾乎等效的定義是振蕩諧振器中存儲的能量與阻尼過程每個周期耗散的能量之比
因子 2π 使 Q 可以用更簡單的術語表達,僅涉及描述大多數諧振系統(電氣或機械)的二階微分方程的系數。 在電氣系統中,存儲的能量是存儲在無損耗電感器和電容器中的能量總和; 損失的能量是每個周期在電阻器中消耗的能量的總和。
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