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品质因数Q 简介

更新时间：2021-10-18

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品质因数Q，也被称品质因素，表征一个储能器件(如电感线圈、电容等)、谐振电路所储能量同每周损耗能量之比的一种质量指标，元件的Q值愈大，用该元件组成的电路或网络的选择性愈佳。

品质因数Q是一种将总存储能量与耗散能量（损耗）相关联的属性-

$\begin{array}{r} Q = 2 π [\frac{总存储能量}{每循环消耗的能量}] \end{array}$

“每个周期耗散的能量”是维持固定量的振动所需的外部能量（功）。如果分子和分母乘以频率f（周期/秒），分母变成“能量耗散/秒”（即功率），因此上述方程也可以写成- Q没有单位

$\begin{array}{r} Q = 2 π f [\frac{总存储能量}{功率}] \end{array}$

可以为任何系统（电气，机械等）或系统的任何单个组件或部分确定Q。注意，对于系统（即，没有能量耗散），Q是无限的。

对于自由振荡的谐振系统，Q表示振荡由于能量损耗而衰减的速率。较高Q值表示衰减相对较慢（图1的示例），而较低Q值表示相对较快的衰减。

在超声系统中，能量损失可能来自振动材料内部的内部摩擦（随着温度的升高而出现），传递给支撑结构或空气的能量或传递给负载的能量。另外，换能器将由于电流而具有电（电阻）损耗。

尽管Q通常用于谐振系统，但这不是必需的。实际上，等式（1）和（2）可以等效地应用于非谐振系统，尤其是电容器和电感器。

非理想电容器（即损耗电容器）可以表示为与电阻RC串联的理想电容器C。

对于电容器-

$\begin{aligned} Q & = \frac{R_{C}}{(1 / 2 π f C)} \\ = R (2 π f C) \end{aligned}$

对于电感器-

$\begin{aligned} Q & = \frac{R_{L}}{(2 π f L)} \end{aligned}$

字幕分别代表

RC =电容器的等效电阻
RL =电感的等效电阻
C =电容
L =电感
f =频率

谐振器材料Q值

对于用于超声谐振器的材料，相关因素。

Q值是一种材料特性（类似于弹性模量）。但是，必须标定测试条件，因为Q可能取决于：

Q值通常与频率无关。

用于压电陶瓷 Q值取决于操作条件（静态压缩，电场，温度等）。

如果已知材料的Q值，则可以根据公式以下确定存储的能量（势能（应变能）或动能），可以计算出谐振器的理论功率—

$\begin{array}{r} Power = 2 π f [\frac{Energy stored}{Q}] \end{array}$