Indutor Q, Fator de Qualidade

É possível medir e cotar o Fator de Qualidade ou Fator Q de um indutor.

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O tutorial do fator de qualidade Q inclui:

Noções básicas de fator de qualidade, fator Q | Indutor Q | Rede RLC Q

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O fator Q pode ser aplicado a um indutor assim como a um circuito ressonante contendo indutância, capacitância e resistência.

Um indutor Q é uma quantidade valiosa. Muitas vezes, os indutores podem ser considerados como tendo uma indutância pura, enquanto na realidade eles têm alguma resistência.

Essa resistência causa perda de energia e, portanto, o indutor Q é reduzido. Na verdade, a resistência do indutor é um dos principais fatores limitantes de desempenho de um indutor.

Como resultado, o nível do indutor Q fornece uma boa indicação do desempenho geral do componente e é um fator amplamente utilizado no projeto de RF.

NOÇÕES BÁSICAS DO FATOR Q DO INDUTOR

Ao usar um indutor em um circuito onde o Q ou fator de qualidade é importante, sua resistência se torna um fator importante. Qualquer resistência reduzirá o fator Q geral do indutor.

Um indutor pode ser considerado em termos de seu circuito equivalente. Isso pode ser simplesmente expresso como um indutor perfeito com um resistor em série.

Onde:
L é um indutor perfeito
R é a resistência do indutor

A resistência dentro de um indutor é causada por vários efeitos:

• Resistência CC padrão: O componente mais óbvio da resistência em um indutor resulta da resistência CC padrão. Isso está sempre presente (exceto em supercondutores que normalmente não são encontrados). Este é um dos principais componentes de resistência em qualquer bobina ou indutor e que às vezes pode ser reduzido. Fios mais grossos e, às vezes, fios prateados ou prateados podem ser usados ​​para reduzir isso e melhorar o fator Q geral do indutor.
• Efeito de pele: O efeito de pele afeta o indutor Q porque tem o efeito de aumentar a resistência. O efeito de pele resulta da tendência de um fluxo de corrente alternada através das áreas externas de um condutor em vez de pelo meio. Isso tem o efeito de reduzir a área da seção transversal do condutor através da qual a corrente pode fluir, aumentando efetivamente sua resistência efetiva. Verifica-se que o efeito da pele torna-se mais pronunciado à medida que a frequência aumenta.
  
  Formas especializadas de fio podem ser usadas para reduzir o efeito da pele e, assim, melhorar o fator Q do indutor:
  • Fio de prata: Pode-se usar fio prateado ou mesmo prateado para reduzir os efeitos do efeito da pele. Quando comparado ao fio de cobre, o fio de prata tem uma resistência menor para uma determinada área de superfície. Para reduzir o custo, pode ser usado fio banhado a prata. O fio banhado a prata é muitas vezes um compromisso muito econômico, porque a maioria da RF ou corrente alternada é transportada para o exterior, onde o revestimento de prata é resultado do efeito da pele.
  • Fio Litz: Outra forma de fio que pode ser usada é conhecida como fio Litz. O nome vem da palavra alemã Litzendraht que significa fio trançado, trançado ou tecido. É uma forma de fio que consiste em muitos fios finos de fio, cada um isolado individualmente e depois entrelaçados. Desta forma, a área de superfície do fio é consideravelmente aumentada, reduzindo assim a resistência a RF ou correntes alternadas. Normalmente, o fio Litz é usado para frequências acima de 500 kHz, mas abaixo de 2 MHz. A desvantagem de usar o fio Litz é que é muito caro.
• Perdas no núcleo: Muitos indutores têm ferrite ou outras formas de núcleo. Esses núcleos introduzem perdas como resultado de vários fatores, cada um dos quais afeta o fator Q do indutor:
  • Perdas por histerese: A histerese magnética é outro efeito que causa perdas e pode reduzir os valores do fator Q do indutor. A histerese de qualquer material magnético usado como núcleo precisa ser superada a cada ciclo da corrente alternada e, portanto, do campo magnético. Isso gasta energia e novamente se manifesta como outro elemento de resistência. Como os materiais de ferrita são conhecidos por perdas por histerese, o efeito no fator de qualidade do indutor pode ser minimizado pela escolha cuidadosa da ferrita ou outro material do núcleo, e também garantindo que o campo magnético induzido esteja dentro dos limites do material do núcleo especificado.
  • Correntes parasitas: É um fato comumente conhecido que as correntes parasitas podem fluir no núcleo de um indutor. Estas são correntes que são induzidas dentro do núcleo do indutor. As correntes parasitas dissipam energia e significam que há perdas dentro do indutor, o que pode ser visto como um nível adicional de resistência que reduzirá o fator Q do indutor.
• Energia irradiada: Quando uma corrente alternada passa por um indutor, parte da energia será irradiada. Embora isso possa ser pequeno, ainda aumenta as perdas da bobina e exatamente da mesma forma que ocorre em uma antena isso é representado por uma resistência à radiação. Consequentemente, este é um componente da resistência do indutor e reduzirá o fator Q do indutor.

Minimizar os efeitos de resistência reduz as perdas e aumenta o fator Q do indutor.

FÓRMULAS DO FATOR Q DO INDUTOR

Para calcular o Q, fator de qualidade para um indutor, a fórmula ou equação abaixo pode ser usada:

Como a resistência é igual a 2 π f L, isso pode ser substituído na fórmula para dar:

Observando essas fórmulas, pode-se ver que a reatância indutiva geral, X, varia de acordo com a frequência. Isso significa que o fator Q do indutor também mudará com a frequência.

Além disso, as perdas resistivas que são formadas pelo efeito pelicular, perdas por radiação, correntes parasitas e histerese também são dependentes da frequência, embora sejam perdas resistivas. Esses efeitos também afetarão o fator Q do indutor.

É por esta razão que quando o fator Q do indutor é declarado, ele deve incluir a frequência para a qual foi determinado.

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