Fórum

Čo je Q faktor vo vzťahu ku kondenzátoru?

Čo je Q faktor vo vzťahu ku kondenzátoru?

Definícia Q faktora

Koeficient Q kondenzátora, známy tiež ako faktor kvality alebo jednoducho Q, predstavuje účinnosť daného kondenzátora z hľadiska energetických strát. Definuje sa ako:

kde QC je kvalitatívny faktor, XC je reaktancia kondenzátora, C je kapacita kondenzátora, RC je ekvivalentný sériový odpor (ESR) kondenzátora a ω0 je frekvencia v radiánoch, pri ktorej sa meranie vykonáva.

V striedavom systéme predstavuje faktor Q pomer energie uloženej v kondenzátore k energii rozptýlenej ako tepelné straty v ekvivalentnom sériovom odpore. Napríklad kondenzátor, ktorý je schopný uložiť 2000 joulov energie, zatiaľ čo stráca iba 1 joul, má faktor Q 2000. Pretože Q je miera účinnosti, ideálny kondenzátor by mal nekonečnú hodnotu Q, čo znamená, že sa nestratí vôbec žiadna energia v procese ukladania energie. Toto je odvodené zo skutočnosti, že ESR ideálneho kondenzátora sa rovná nule.

Faktor Q nie je konštantná hodnota. Frekvencia sa významne mení z dvoch dôvodov. Prvým dôvodom je zjavný pojem ω0 vo vyššie uvedenej rovnici. Druhým dôvodom je skutočnosť, že ESR nie je konštantná hodnota vzhľadom na frekvenciu. ESR sa mení s frekvenciou, ako aj s inými premennými súvisiacimi s dielektrickými charakteristikami.

Súvisiaci termín, nazývaný disipačný faktor (DF), je niekedy definovaný v technických listoch kondenzátora namiesto Q-faktora. V striedavých obvodoch je DF jednoducho recipročná hodnota Q.

Prečo je Q faktor dôležitý?

Väčšina aplikácií nemusí brať Q faktor do úvahy a v týchto aplikáciách sa môžu použiť štandardné kondenzátory. Avšak Q faktor je jednou z najdôležitejších charakteristík kondenzátora pri navrhovaní RF obvodov. Pri RF frekvenciách sa ESR zvyšuje. Spolu s nárastom ESR sa zvyšujú aj disipatívne straty. To je dôvod, prečo RF obvody typicky používajú vysokokvalitné kondenzátory na zníženie vysokofrekvenčných strát.

Typickými aplikáciami, ktoré si vyžadujú kondenzátory vysokej kvality, sú aplikácie na RF párovanie, zobrazovacie cievky MRI používané v MRI skeneroch a ďalšie aplikácie, ktoré sa musia presne naladiť pri vyšších frekvenciách. V niektorých aplikáciách môžu byť straty na samotnom kondenzátore dosť vysoké na to, aby skutočne zvýšili teplotu natoľko, aby sa spájkované spoje zbavili spájky, čo je dôvod, prečo sa v takýchto aplikáciách musia používať vysokokvalitné kondenzátory. Aj keď zvýšenie teploty nie je také drastické, môže to ovplyvniť životnosť ostatných susedných komponentov na doske PCB. Ďalším dôvodom použitia kondenzátorov s vysokým Q je znížený tepelný šum. Všetky kondenzátory majú neutrálny ekvivalentný sériový odpor a tento odpor vytvára ďalší tepelný šum. V aplikáciách, ako sú satelitné prijímače, sú úrovne šumu kritické a kondenzátory vysokej kvality sa používajú na udržanie požadovaného pomeru signál-šum.

Typické hodnoty

Datesheety zvyčajne uvádzajú Q faktor pri jednej alebo viacerých frekvenciách. Štandardná frekvencia použitá pri meraniach Q faktora je 1 MHz. Pretože však Q faktor sa veľmi líši v závislosti od frekvencie, Q faktor uvedený pri 1 MHz nie je dobrou aproximáciou Q faktora, napríklad pri frekvencii 2 GHz.

Niektoré datasheety poskytujú hodnoty Q faktora pri vyšších frekvenciách, ak bol kondenzátor určený na použitie pri vysokých frekvenciách. Niektoré datasheety dokonca poskytujú graf pre Q faktor verzus frekvencia, ktorý možno použiť na odvodenie Q faktora pri akejkoľvek danej pracovnej frekvencii.

Dobré vysokokvalitné kondenzátory môžu mať hodnotu Q faktora vyššiu ako 10 000 pri 1 MHz a viac ako 1 000 pri 100 MHz, zatiaľ čo štandardné kondenzátory môžu mať Q faktor relatívne nízky ako 50 pri 1 kHz. Rozdiel medzi kondenzátorom vysokej Q a štandardným kondenzátorom je v skutočnej konštrukcii kondenzátora, ako aj v použitých materiáloch. Všetky spoje a vývody sú udržiavané čo najkratšie, aby sa znížil odpor, a sú vyrobené z materiálov s nízkou odolnosťou, ako je meď. Väčšina výrobcov kondenzátorov s vysokým Q ponúka viacvrstvové kondenzátory s keramickými čipmi, ktoré sú malé a robustné, majú dlhú životnosť, pevné tolerancie a veľkú stabilitu v priebehu času, poskytujú vysoké hodnoty Q, ale často sa obmedzujú na niekoľko desatín pikofaradov. Takéto kondenzátory sa môžu používať pri frekvenciách až 20 GHz, čo je postačujúce pre väčšinu aplikácií RF.

Pri nižších frekvenciách, napríklad v zvukových aplikáciách, sa tantalové kondenzátory môžu použiť ako kondenzátory s vysokým Q. Poskytujú relatívne nízku hodnotu ESR pri dostatočne vysokých frekvenciách a niekedy môžu byť uskutočniteľnou alternatívou, ak sú pri návrhu obvodu potrebné vyššie kapacity (až okolo 1 mF).

Zdroj

Q factor (eng) Wikipedia - klikni

Quality Factor / Q Factor; formulas and equations - klikni

What the Q factor of induction heaters are calculated based on electrical measurements you obtain ? - klikni

 



Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie
 

     

Komentáre k článku

Tomáš Hujčák pred 5 mesiacmi

Pekný článok. P.S. Čo je "trálny ekvivalentný sériový odpor"?

Elektrolab pred 5 mesiacmi

Zdravím, Ďakujeme :) Správne má byť "neutrálny" stalo sa, preklep :)

Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.
Webwiki Button Seo servis Diallix.net VN-Experimenty Hatiar.eu