Hệ số chất lượng của mạch cộng hưởng là gì? Vũ Hán UHV chuyên sản xuấtthiết bị cộng hưởng nối tiếp, với nhiều lựa chọn sản phẩm và thử nghiệm điện chuyên nghiệp. Khi tìm kiếmthiết bị cộng hưởng nối tiếp, chọn UHV Vũ Hán
Mạch cộng hưởng có nhiều ứng dụng trong công nghệ điện tử. Các đặc tính của mạch cộng hưởng có liên quan chặt chẽ đến hệ số chất lượng của nó (tức là giá trị Q). Để có được giá trị Q của mạch, người ta nên bắt đầu từ định nghĩa của nó để hiểu sâu hơn về ý nghĩa của giá trị Q và hiểu biết toàn diện hơn về các đặc tính của mạch cộng hưởng. Khi nghiên cứu các mạch cộng hưởng khác nhau, giá trị hệ số chất lượng Q của mạch thường được quan tâm. Vậy giá trị Q là gì? Dưới đây chúng tôi sẽ cung cấp một cuộc thảo luận chi tiết.
Định nghĩa ban đầu về hệ số chất lượng được xác định bởi năng lượng, đại diện cho mối quan hệ chuyển đổi giữa các năng lượng trong mạch, tức là hiệu suất lưu trữ năng lượng của mạch. Ý nghĩa vật lý của hệ số chất lượng có thể được thể hiện rõ ràng từ định nghĩa hệ số chất lượng năng lượng, có ý nghĩa phổ quát đối với các mạch khác nhau.
Để tính hệ số chất lượng của mạch RLC nối tiếp và mạch song song đơn giản, chúng ta có thể áp dụng trực tiếp công thức định nghĩa hệ số chất lượng trong mạch RLC nối tiếp và mạch song song, nhưng đối với các mạch cộng hưởng RLC phức tạp hơn một chút thì các công thức này không còn áp dụng được nữa. Định nghĩa nguyên thủy nhất của hệ số chất lượng, cụ thể là định nghĩa năng lượng, phải là hệ số chất lượng của bất kỳ mạch cộng hưởng nào có thể tính toán được, nhưng nó có thể khá cồng kềnh.
Hình 1 thể hiện một mạch cộng hưởng nối tiếp gồm tụ điện C, cuộn cảm L, điện trở rò của tụ điện và điện trở đường dây của cuộn cảm R. Trở kháng phức Z của mạch này là tổng của các trở kháng phức của ba thành phần.
Hình 1
Z=R+jωL+(-j/ωC)=R+j(ωL-1/ωC) ⑴
Điện trở R trong phương trình trên là phần thực của số phức, còn hiệu giữa điện kháng cảm ứng và điện kháng điện dung là phần ảo của số phức. Chúng ta gọi phần ảo là điện kháng, biểu thị bằng X và ω là tần số góc của tín hiệu ứng dụng.
Khi X=0, mạch ở trạng thái cộng hưởng, trong đó điện kháng cảm ứng và điện dung triệt tiêu lẫn nhau, tức là phần ảo trong phương trình ⑴ bằng 0, dẫn đến trở kháng tối thiểu trong mạch. Do đó, dòng điện đạt giá trị cực đại và mạch lúc này là mạch tải điện trở thuần, trong đó điện áp và dòng điện trong mạch cùng pha. Khi mạch cộng hưởng, điện dung của nó bằng độ tự cảm của nó nên điện áp hiệu dụng trên tụ điện và cuộn cảm phải bằng nhau,
Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tụ điện UC=I * 1/ω C=U/ω CR=QU Hệ số chất lượng Q=1/ω CR, trong đó I là tổng dòng điện của mạch.
Giá trị hiệu dụng của điện áp trên cuộn cảm UL=ω LI=ω L * U/R=QU Hệ số chất lượng Q=ω L/R
Vì UC=UL, Q=1/ω CR=ω L/R
Tỷ lệ giữa điện áp trên tụ điện và điện áp tín hiệu ứng dụng U UC/U=(I * 1/ω C)/RI=1/ω CR=Q Tỷ lệ giữa điện áp trên cuộn cảm và điện áp tín hiệu ứng dụng U UL/U=ω LI/RI=ω L/R=Q
Từ phân tích trên có thể thấy hệ số chất lượng của mạch càng cao thì điện áp trên cuộn cảm hoặc tụ điện càng cao so với điện áp đặt vào.
Phần kết luận
Định nghĩa năng lượng của hệ số chất lượng thể hiện rõ ràng ý nghĩa vật lý của hệ số chất lượng và có ý nghĩa phổ quát đối với các mạch khác nhau. Tuy nhiên, việc sử dụng nó để giải hệ số chất lượng của các mạch cộng hưởng phức tạp hơn là khá khó, thậm chí khó. Định nghĩa hệ số chất lượng của mạch cộng hưởng nối tiếp và song song được xác định trực tiếp từ góc độ các tham số mạch. Định nghĩa này có lợi cho việc tính toán hệ số chất lượng, nhưng xét về mặt hiểu biết thì nó không rõ ràng như định nghĩa năng lượng của hệ số chất lượng, giúp dễ dàng thấy được ý nghĩa vật lý của nó. Từ chứng minh ở phần thứ nhất, chúng ta có thể thấy rằng định nghĩa về hệ số chất lượng của mạch cộng hưởng nối tiếp và song song có thể được rút ra từ định nghĩa năng lượng của hệ số chất lượng, và cả hai đều tương đương với nhau. Công thức tính hệ số chất lượng của bất kỳ mạch cộng hưởng nào nêu trong bài viết này có hiệu quả trong việc tính hệ số chất lượng của các mạch cộng hưởng tham số gộp khác nhau, đặc biệt đối với các mạch cộng hưởng phức tạp hơn. Miễn là thu được điện trở, độ tự cảm và điện dung tương đương của mạch trong điều kiện cộng hưởng, việc tính toán hệ số chất lượng của mạch cộng hưởng nối tiếp có thể được áp dụng trực tiếp để thu được hệ số chất lượng của mạch. Phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện, đặc biệt là giải các mạch điện phức tạp, thể hiện tính ưu việt rất lớn.