Determinación teórica de Q para un inductor

Recientemente he estado investigando el diseño de filtros pasivos un poco más de cerca que mis clases, en lo que respecta a la selección y el diseño de componentes reales. El mayor escollo para mí ha sido entender cómo medir Q, específicamente para inductores toroidales enrollados a mano.

Entiendo que Q es la reactancia sobre la resistencia y solo es válida para una frecuencia específica. La reactancia es una ecuación bastante simple para un toroide, pero parece que no puedo encontrar ninguna discusión sobre cómo determinar R. Todos los sitios que he encontrado que hablan sobre inductores y factor Q solo mencionan que es un valor complicado que tiene que tenga en cuenta la profundidad de la piel, las corrientes de Foucault y las pérdidas por histéresis, pero nunca se da ninguna forma de estimarlo ni se discute ningún método hasta donde he visto. Todas las respuestas aquí a preguntas similares dicen unilateralmente que se refieran a la hoja de datos, pero con un inductor enrollado a mano, son escasos.

Además, ¿cuánto Q necesito para un inductor en un filtro? Por lo que he visto, una mayor Q conduce a una mayor eficiencia, pero ¿cuánta Q es suficiente para proporcionar pérdidas aceptables?

Respuestas (2)

Hay dos aspectos a considerar: Determinación del valor real de Q para el inductor y la influencia de Q finito en el rendimiento del filtro.

  • Q se puede determinar encontrando el factor de calidad Q para un circuito tanque que consiste en el correspondiente L y un capacitor paralelo C. Este capacitor debe seleccionarse con respecto a la frecuencia deseada (idéntica a la frecuencia resonante resultante). Suponiendo un capacitor de alto Q (la mejor calidad), el Q resultante del circuito del tanque es aproximadamente igual al Q del inductor.
  • Conociendo este valor de Q, en principio, es posible tener en cuenta este valor de Q (resp. la resistencia de pérdida correspondiente) durante el diseño de un circuito de filtro. Sin embargo, en este caso, no se pueden utilizar fórmulas estándar. Eso significa que debe derivar las fórmulas de diseño del circuito.

Sin embargo, la decisión de si se debe tener en cuenta (o no) el valor finito de Q debe tomarse con respecto a otras incertidumbres dentro de todo el circuito (en particular, las tolerancias de las otras partes).

Aquí está la respuesta de frecuencia de un filtro de paso bajo LCR: -

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Entre una Q de 0,7 y una Q de 1, se puede decir que el filtro es máximamente plano hasta aproximadamente 2 kHz y esto hace un buen circuito cruzado de audio. Entonces, ¿realmente desea maximizar la Q del inductor?

Por otro lado, el uso de un inductor Q alto puede brindarle la oportunidad de generar un pico resonante muy alto en la respuesta de frecuencia y, si está filtrando la salida de un sintetizador musical, esto podría producir un agradable efecto dramático.

¿Cuánto mide un trozo de cuerda? ¿Qué quieres hacer o lograr?

De hecho, estoy analizando un diseño de radioaficionado y un filtro de paso bajo después de la etapa de megafonía. Estoy tratando de entender para qué se está optimizando el diseño.
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