品质因数-Q值的物理意义及其计算方法

品质因数-Q值的物理意义及其计算方法

1、Q值的定义：

Q值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.

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.

品质因数又可写成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是电路谐振时的角频率（2πf）

L是电感

R是串的电阻

C是电容

结合自己的实践，对上面进行一下补充

由于在天线端都是采用的是RLC并联谐振电路，是在正弦电流激励下工作的

所以在计算电感的品质因数Q值时，R值为整个谐振电路的等效阻值，在计算时候要注意下面的是一个案例，很有指导意义！！！！

For optimum performance the antenna Q should not exceed 20 and to achieve

reliable tuning at 125kHz the antenna inductance should be around 700uH. Higher

Q and inductance values will still function but with a reduced range and

performance.

The formula for calculating Q = 2*pi*fL / Rant = 549 / Rant

where f = Resonant frequency, 125 kHz, L = Antenna inductance, 700uH

Rant = Overall antenna resistance = Rdriver + Ra + (Rcu + Rrf)

pi = 3.14159 etc

Rdriver = 3.5 R (from IC spec) and Ra = 22 R (series resistor in antenna loop)

Rcu = Resistance of Copper (coil and cable) and

Rrf = RF resistive component (eddy current losses etc)

By measurement at 125kHz, (Rcu + Rrf) = approx 6R

Therefore Rant = 3.5 + 22 + 6 = 31.5 Ohms, Q = 549 / 31.5 = 17

Max peak antenna current (with 22R series resistor),

Iant max = 4Vdd / pi*Rant = 20 / pi*31.5 = 200ma

Max peak antenna voltage, Uant max = Iant max . (2*pi*fL) = 110v

1．电感线圈的串、并联

每一只电感线圈都具有一定的电感量。如果将两只或两只以上的电感线圈串联起来总电感量是增大的，串联后的总电感量为：

L串 =L1+L2+L3+L4……

线圈并联起来以后总电感量是减小的，并联后的总电感量为：

L并 =1/(1/L1+1/L2+1/L3+1/L4+……)

上述的计算公式，是针对每只线圈的磁场各自隔离而不相接触的情况，如果磁场彼此发生接触，就要另作考虑了。

2．电感线圈的检测

在选择和使用电感线圈时，首先要想到线圈的检查测量，而后去判断线圈的质量好坏和优劣。欲准确检测电感线圈的电感量和品质因数Q，一般均需要专门仪器，而且测试方法较为复杂。在实际工作中，一般不进行这种检测，仅进行线圈的通断检查和Q值的大小判断。可先利用万用表电阻档测量线圈的直流电阻，再与原确定的阻值或标称阻值相比较，如果所测阻值比原确定阻值或标称阻值增大许多，甚至指针不动（阻值趋向无穷大X 可判断线圈断线；若所测阻值极小，则判定是严重短路万果局部短路是很难比较出来人这两种情况出现，可以判定此线圈是坏的，不能用。如果检测电阻与原确定的或标称阻值相差不大，可判定此线圈是好的。此种情况，我们就可以根据以下几种情况，去判断线圈的质量即Q值的大小。线圈的电感量相同时，其直流电阻越小，Q值越高；所用导线的直径越大，其Q值越大；若采用多股线绕制时，导线的股数越多，Q值越高；线圈骨架（或铁芯）所用材料的损耗越小，其Q值越高。例如，高硅硅钢片做铁芯时，其Q值较用普通硅钢片做铁芯时高；线圈分布电容和漏磁越小，其Q值越高。例如，蜂房式绕法的线圈，其Q值较平绕时为高，比乱绕时也高；线圈无屏蔽罩，安装位置周围无金属构件时，其Q值较高，相反，则Q值较低。屏蔽罩或金属构件离线圈越近，其Q值降低越严重；对有磁芯的高频线圈，其Q值较天磁芯时为高；磁芯的损耗越小，其Q值也越高。

在电源滤波器中使用的低频阻流圈，其Q值大小并不太重要，而电感量L的大小却对滤波效果影响较大。要注意，低频阻流圈在使用中，多通过较大直流，为防止磁饱和，其铁芯要求顺插，使其具有较大气隙。为防止线圈与铁芯发生击穿现象，二者之间的绝缘应符合要求。所以，在使用前还应进行线圈与铁芯之间绝缘电阻的检测。具体方法与变压器绝缘电阻的检测方法相同（可参阅变压器的检测）。

对于高频线圈电感量L由于测试起来更为麻烦，一般都根据在电路使用效果适当调整，以确定其电感量是否合适。

对于多个绕组的线圈，还要用万用表检测各绕组之间线圈是否短路；对于具有铁芯和金属屏蔽罩的线圈，要测量其绕组与铁芯或金属屏蔽罩之间是否短路。

3．绕制线圈的注意事项

线圈在实际使用过程中，有相当数量品种的电感线圈是非标准件，都是根据需要有针对性进行绕制。自行绕制时，要注意以下几点：

（1）根据电路需要，选定绕制方法

在绕制空心电感线圈时，要依据电路的要求，电感量的大小以及线圈骨架直径的大小，确定绕制方法。间绕式线圈适合在高频和超高频电路中使用，在圈数少于3圈到5圈时，可不用骨架，就能具有较好的特性，Q值较高，可达150－400，稳定性也很高。单层密绕式