【導讀】本博文對于同學(xué)留言提問(wèn)進(jìn)行回復，討論了電感品質(zhì)因子參數對于諧振電路的影響以及工作頻率與品質(zhì)因子之間的關(guān)系。為了精確獲得電感的品質(zhì)因子，需要在工作頻率下測量對應的等效串聯(lián)點(diǎn)租以及電感。如果使用低頻下測量的電感與電阻，直接計算對應的品質(zhì)因子則會(huì )帶來(lái)很大的誤差。
01 線(xiàn)圈參數
1.1 問(wèn)題來(lái)源
今天看到同學(xué)的 一個(gè)提問(wèn)，對于在博文討論工字型接收線(xiàn)圈天線(xiàn)不同匝數對于低頻定位信號檢測影響：150kHz導航信號[1] 中測量的電感參數感到奇怪。
卓大大，這個(gè)Q值怎么算的呀，用這個(gè)品質(zhì)因素的計算公式算不來(lái)和文章的不一樣?
圖1.1.1 博文中的品質(zhì)因子與線(xiàn)圈品質(zhì)因子計算公式
圖1.1.2 博文中兩個(gè)被測量的電感
1.2 問(wèn)題分析
同學(xué)的提問(wèn)讓我們對于電感的品質(zhì)因子參數產(chǎn)生了興趣。首先，上面給出的電感品質(zhì)因子計算公式是正確的。在工作頻率 下，電感的純感抗 除以等效串聯(lián)電阻 等于電感的品質(zhì)因子。它反映了電感中的磁場(chǎng)儲能與電阻耗能之間的比值。
??
一個(gè)電感的品質(zhì)因子不僅僅與等效純電感 ，等效串聯(lián)電阻 有關(guān)，還是工作頻率 有關(guān)系。
圖1.2.1 電感的等效電阻
??
如果電感與一個(gè)理想電容并聯(lián)形成諧振電路，電感在諧振頻率處的品質(zhì)因子就決定了諧振回路的品質(zhì)因子。在給定沖擊電流作用諧振回路下會(huì )產(chǎn)生衰減振蕩。每個(gè)周期諧振回路的電能就會(huì )損耗掉 。下圖給出了諧振指數衰減的波形。
圖1.2.2 電感的品質(zhì)因子影響諧振電路的衰減
??
諧振回路的品質(zhì)因子也會(huì )影響電路的幅頻特性。品質(zhì)因子越高，諧振回路的等效帶寬越窄。輸出的諧振電壓就會(huì )越高。
圖1.2.3 電感的品質(zhì)因子影響諧振電路的衰減
1.3 為什么提問(wèn)？
同學(xué)之所以提問(wèn)，估計是對博文討論工字型接收線(xiàn)圈天線(xiàn)不同匝數對于低頻定位信號檢測影響：150kHz導航信號[2]中給出磁場(chǎng)感應線(xiàn)圈品質(zhì)因子計算產(chǎn)生了疑惑。他覺(jué)得其中的品質(zhì)因子參數是由電感除以電阻所得，與實(shí)際計算公式不符。
??
實(shí)際上并不是這樣的，這個(gè)品質(zhì)因子是使用 矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀NanoVNA[2] 在150kHz的頻率直接測量電感所得到的參數。利用NanoVNA可以獲得在給定的頻率下，電感的感抗與等效串聯(lián)電阻，由該數值可以獲得對應的品質(zhì)因子。
圖1.3.1 測量電感參數的NanoVNA矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀
1.4 品質(zhì)因子與工作頻率
在高頻電流信號小，導線(xiàn)存在著(zhù) 集膚效應[3] ，這是電流磁場(chǎng)驅動(dòng)電流分布在導線(xiàn)的表面，因此電感的等效電阻會(huì )隨著(zhù)工作頻率的提高而增加。
圖1.4.1 導線(xiàn)中的集膚效應
??
根據電感品質(zhì)因子的公式可以看到，在頻率較低時(shí)，電感導線(xiàn)的集膚效應不太明顯是，電感的品質(zhì)因子是隨著(zhù)頻率的增加而比例上升的。當頻率大于一定值時(shí)，集膚效應所造成電感等效電阻急劇上升，就會(huì )使得線(xiàn)圈的品質(zhì)因子不再隨著(zhù)頻率增加而上升，甚至會(huì )下降。
??
下圖是網(wǎng)絡(luò )上給出的不同數值的電感工作在不同頻率下所對應的品質(zhì)因子的變化情況。
圖1.3.2 不通電感在不同頻率下的品質(zhì)因子
??
為了減少高頻集膚效應，可以采用多股Litz導線(xiàn)繞制電感。
※ 小??結 ※
本博文對于同學(xué)留言提問(wèn)進(jìn)行回復，討論了電感品質(zhì)因子參數對于諧振電路的影響以及工作頻率與品質(zhì)因子之間的關(guān)系。
??
為了精確獲得電感的品質(zhì)因子，需要在工作頻率下測量對應的等效串聯(lián)點(diǎn)租以及電感。如果使用低頻下測量的電感與電阻，直接計算對應的品質(zhì)因子則會(huì )帶來(lái)很大的誤差。
參考資料
[1] 討論工字型接收線(xiàn)圈天線(xiàn)不同匝數對于低頻定位信號檢測影響：150kHz導航信號: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/116304763
[2] 矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀NanoVNA: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/116295857
[3] 集膚效應: https://mwswire.com/why-the-skin-effect-makes-litz-wire-the-best-choice-for-so-many-high-frequency-applications/
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀：
不了解三相電機的磁場(chǎng)定向控制？這篇文章一定要讀
LiDAR技術(shù)日趨成熟滿(mǎn)足高精度測距需求
