标签: 调谐电路

《无问西东》这部电影，相信很多人都看过，但是印象最深的就是在西南联大的一节课的镜头，老师在重点强调着电路的一个特性 —— Q 的值（ Q Di Zhi ）。这个小木匠认为最重要的一个电路参数，被老教授强调了好几次，也引出了我们今天要分享的话题 Q0 是很多射频器件的一个关键特性，比如电感 L ，电容 C ，谐振电路 LC 等。这个常常看到的东西，很多时候因为太熟悉了而忽略或者遗忘了它的本质意义。这个 Q 就是 Quality 的首字母，它表征了这个元器件的好坏。 Q0 就是品质因数 Quality factor 。 最早是由美国西屋电气公司的工程师 K S Johnson 提出的。当时他正在评估不同线圈的性能和质量。在他的调查过程中，他发展了 Q 的概念。有趣的是，他最初选择字母 Q 是因为采用了字母表中的所有其他字母都已经被占用了，现在看来，字母 Q 是为了质量因素再好不过了。就是这么巧合。 品质因数是一个适用于很多物理或者工程上的概念，有时候，也叫做 Q 因子。这个 Q 因子是一个无量纲的参量，其表示谐振元件内的能量损失，谐振元件可以是机械摆、机械结构中的元件或电子电路（例如谐振电路）中的任何元件。 Q 表示相对于系统内存储的能量量的能量损失。因此， Q 越高，能量损失率越低，因此振荡减少得更慢。 根据上面的介绍，我们给出品质因数 Q0 在电子电路中的定义：存储在谐振器中的能量与单位周期被损耗的能量的比值： 同样，当依据带宽来进行定义时， Q 因子就是其工作频率 F0 和 3dB 带宽的比值： 工程中通常用上面这个频率公式来计算谐振电路的 Q0. 通过两个端口测试出谐振器的 S21 曲线，然后找到其 F0 和 F3dB ，通过上面公式就可以得到谐振器的 Q0. 在处理 RF 调谐电路时， Q 因子很重要的原因有很多。通常，高水平的 Q 是有益的，但在某些应用中，可能需要定义的 Q 水平。 RF 调谐电路中与 Q 相关的一些注意事项总结如下： 带宽： 随着 Q 因数或品质因数的增加，调谐电路滤波器的带宽减少。随着损耗降低，调谐电路变得更加尖锐，因为能量更好地存储在电路中。 可以看出，随着 Q 的增加， 3 dB 带宽减小，调谐电路的整体响应增加。在许多情况下，需要高 Q 因子以确保实现所需的选择性。 宽带宽： 在许多 RF 应用中，需要宽带宽操作。某些形式的调制需要较宽的带宽，而其他应用则需要固定滤波器来提供宽带覆盖。虽然可能需要对不需要的信号进行高抑制，但对宽带宽存在竞争性要求。因此，在许多应用中，需要确定所需的 Q 水平，以提供满足宽带宽和充分抑制不需要的信号的要求所需的整体性能。 振荡器相位噪声： 任何振荡器都会产生所谓的相位噪声。这包括信号相位的随机偏移。这表现为从主载波传播的噪声。正如所料，这种噪音是不想要的，因此需要最小化。振荡器设计可以通过多种方式进行调整，以减少这种情况，主要是通过增加 Q ，振荡器调谐电路的品质因数。 一般杂散信号： 调谐电路和滤波器通常用于去除杂散信号。滤波器越尖锐， Q 电平越高，电路去除杂散信号的能力就越好。 振铃： 随着谐振电路的 Q 值增加，损耗会减少。这意味着在电路内建立的任何振荡都需要更长的时间才能消失。换句话说，电路将趋向于“振铃”更多。这实际上非常适合在振荡器电路中使用，因为它更容易建立和维持振荡，因为调谐电路中的能量损失较少。 在许多射频谐振系统中，需要高的 Q 因子。对于滤波器，需要有足够的选择性，但不能太多，对于振荡器，高水平的 Q 会提高稳定性并降低相位噪声。在许多系统中， Q 因子不应太高，因为它可能导致滤波器带宽太窄，并且振荡器无法在所需的范围内进行跟踪。然而， Q 因子水平需要倾向于高而不是低。 关注公众号“优特美尔商城”，获取更多电子元器件知识、电路讲解、型号资料、电子资讯，欢迎留言讨论。