Theoretische Bestimmung von Q für einen Induktor

Ich habe mich in letzter Zeit etwas genauer mit dem Design passiver Filter befasst als in meinen Kursen, was die tatsächliche Auswahl und das Design von Komponenten betrifft. Der größte Knackpunkt für mich war das Verständnis, wie man Q misst, insbesondere für handgewickelte Ringspulen.

Ich verstehe, dass Q die Reaktanz über dem Widerstand ist und nur für eine bestimmte Frequenz gültig ist. Die Reaktanz ist eine ziemlich einfache Gleichung für einen Toroid, aber ich kann anscheinend keine Diskussion darüber finden, wie man R bestimmt Berücksichtigen Sie Hauttiefe, Wirbelströme und Hystereseverluste, aber es gibt nie eine Möglichkeit, dies abzuschätzen, und soweit ich gesehen habe, wird keine Methode diskutiert. Alle Antworten hier auf ähnliche Fragen beziehen sich einseitig auf das Datenblatt, aber bei einem handgewickelten Induktor sind diese Mangelware.

Außerdem, wie viel Q benötige ich für eine Induktivität in einem Filter? Soweit ich gesehen habe, führt ein höheres Q zu mehr Effizienz, aber wie viel Q reicht aus, um akzeptable Verluste zu erzielen?

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Dabei sind zwei Aspekte zu berücksichtigen: Die Bestimmung des tatsächlichen Q-Wertes für die Induktivität und der Einfluss des endlichen Q auf die Filterleistung.

  • Q kann bestimmt werden, indem die Güte Q für einen Schwingkreis ermittelt wird, der aus dem entsprechenden L und einem parallelen Kondensator C besteht. Dieser Kondensator muss in Bezug auf die gewünschte Frequenz (identisch mit der resultierenden Resonanzfrequenz) ausgewählt werden. Unter der Annahme eines Kondensators mit hohem Q (beste Qualität) ist das resultierende Q des Schwingkreises ungefähr gleich dem Q der Induktivität.
  • Mit Kenntnis dieses Q-Wertes ist es prinzipiell möglich, diesen Q-Wert (bzw. den entsprechenden Verlustwiderstand) beim Entwurf einer Filterschaltung zu berücksichtigen. In diesem Fall können jedoch keine Standardformeln verwendet werden. Das heißt, Sie müssen die Entwurfsformeln aus der Schaltung ableiten.

Die Entscheidung, ob der endliche Q-Wert berücksichtigt werden muss (oder nicht), muss jedoch im Hinblick auf andere Unsicherheiten innerhalb der gesamten Schaltung (insbesondere Toleranzen der anderen Teile) getroffen werden.

Hier ist der Frequenzgang eines LCR-Tiefpassfilters: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Zwischen einem Q von 0,7 und einem Q von 1 kann gesagt werden, dass der Filter bis etwa 2 kHz maximal flach ist, und dies ergibt eine schöne Audio-Crossover-Schaltung. Wollen Sie also wirklich das Q des Induktors maximieren?

Andererseits kann Ihnen die Verwendung einer Induktivität mit hohem Q die Möglichkeit geben, eine sehr hohe Resonanzspitze im Frequenzgang zu erzeugen, und wenn Sie den Ausgang eines Musiksynthesizers filtern, kann dies einen schönen dramatischen Effekt erzeugen.

Wie lang ist ein Stück Schnur? Was möchten Sie tun oder erreichen?

Ich analysiere tatsächlich ein Amateurfunkdesign und einen Tiefpassfilter nach der PA-Stufe. Ich versuche zu verstehen, wofür das Design optimiert wird.
Theoretische Bestimmung von Q für einen Induktor
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