Кіріспе
Резонатордағы энергияның қаншалықты ұзақ сақталуын, оның резонанстық жиілігіне қатысты сипаттайтын параметр. Q, Q факторы және сапа факторы терминдерінің басқа қолданылулары. Физика және инженерия салаларында сапа факторы немесе Q факторы – осциллятордың немесе резонатордың демпфирленбегендігін сипаттайтын өлшемсіз параметр. Ол резонаторда сақталған бастапқы энергияның, тербеліс циклінің бір радианында жоғалған энергияға қатынасы ретінде анықталады. Q факторын резонатордың орталық жиілігінің, тербеліс тудыратын күш әсер еткен кездегі еніне қатынасы ретінде де анықтауға болады. Бұл екі анықтама сандық тұрғыдан ұқсас, бірақ толықтай бірдей емес нәтижелер береді. Жоғары Q факторы энергияның аз жоғалтылуын және тербелістердің баяу тоқтауын білдіреді. Жоғары сапалы подшипникке ілінген және ауада тербелетін маятникте Q факторы жоғары, ал майға батырылған маятникте – төмен. Жоғары сапалы резонаторлардың демпфирлеуі төмен болғандықтан, олар ұзаққа созылып немесе тербеліп тұрады.
other uses of the terms Q, Q factor, and Quality factor
In physics and engineering, the quality factor or Q factor is a dimensionless parameter that describes how underdamped an oscillator or resonator is. It is defined as the ratio of the initial energy stored in the resonator to the energy lost in one radian of the cycle of oscillation. Q factor is alternatively defined as the ratio of a resonator's centre frequency to its bandwidth when subject to an oscillating driving force. These two definitions give numerically similar, but not identical, results. Higher Q indicates a lower rate of energy loss and the oscillations die out more slowly. A pendulum suspended from a high quality bearing, oscillating in air, has a high Q, while a pendulum immersed in oil has a low one. Resonators with high quality factors have low damping, so that they ring or vibrate longer.
Түсіндірме
Q коэффициенті – бұл төмен демпферленген гармоникалық осциллятордың (резонатордың) резонанстық қасиеттерін сипаттайтын параметр. Жоғары Q коэффициентіне ие синусоидты қозғалтқыш резонаторлар үлкен амплитудамен (резонанстық жиілікте) резонансқа түседі, бірақ олардың резонансқа түсетін жиіліктердің диапазоны тар болады; осциллятордың резонансқа түсетін жиіліктер аралығы – ендік деп аталады. Осылайша, радио қабылдағыштағы жоғары Q схемасын реттеу қиынырақ, бірақ оның таңдамалылығы жоғары болады; ол спектрде жақын орналасқан басқа станциялардан келетін сигналдарды жақсы сүзеді. Жоғары Q осцилляторлар жиіліктердің тар диапазонында тербеліп, тұрақтырақ болады. Осцилляторлардың сапа факторы олардың құрылысына байланысты жүйеден жүйеге айтарлықтай өзгереді. Демпфирлеу маңызды жүйелерде (мысалы, есіктің жабылып кетпеуі үшін демпферлер) сағаттар, лазерлер және күшті резонанс немесе жоғары жиілікті тұрақтылық қажет болатын басқа да резонанстық жүйелерде Q жоғары сапа факторына ие. Тюнинг-вилкалардың сапа факторы шамамен 1000-ға жуық. Атомдық сағаттардың, үдеткіштерде қолданылатын үдегіш радиожиіліктік қуыстардың және кейбір жоғары Q лазерлерінің сапа факторы 1011 және одан да жоғары деңгейге жете алады. Физиктер мен инженерлер осциллятордың демпфирлену деңгейін сипаттау үшін көптеген баламалы шамаларды қолданады. Маңызды мысалдарға: демпфирлеу коэффициенті, салыстырмалы ендік, сызықтық ендік және октаваларда өлшенген ендік жатады. Q тұжырымдамасы Western Electric Company компаниясының инженерлік бөлімінде катушкалардың (индукторлардың) сапасын бағалау кезінде К.С. Джонсонмен қалыптасқан. Оның Q символын таңдауының себебі – сол кезде әліпбидің қалған әріптерінің барлығы қолданылып болғандықтан. Бұл термин «сапа» немесе «сапа факторы» деген сөздердің аббревиатурасы ретінде қарастырылмаған, бірақ бұл терминдер онымен байланысты болып кеткен.
Электр жүйелері
Электрлік резонанстық жүйеде Q факторы электрлік кедергінің және кварц кристалдары сияқты электромеханикалық резонаторлар үшін механикалық үйкелістің әсерін көрсетеді.
Q мен жолақтылық арасындағы байланыс
F0 Гц резонанстық жиілігіне қатысты екі жақты жолақтың ені F0/Q-ға тең. Мысалы, Q мәні 10 және орталық жиілігі 100 кГц болатын антеннаның 3 дБ жолақтығы 10 кГц болады. Аудиода жолақтың ені көбінесе октавалармен беріледі. Сонда Q және жолақтың ені арасындағы қатынас:
мұнда BW – октавалардағы жолақтың ені.
Акустикалық жүйелер
Музыкалық аспаптың Q көрсеткіші маңызды; резонатордағы тым жоғары Q аспап тудыратын әртүрлі жиіліктерді теңдей күшейте алмайды. Сондықтан, ішекті аспаптар көбінесе күрделі пішіндегі корпустарға ие, осылайша олар жиіліктердің кең диапазонын шамалы айырмашылықпен шығарады. Мыс аспаптардың немесе үрмелі аспаптардың Q көрсеткіші, еріннің немесе жапырақшаның кең спектрлі дыбысынан бір жиілікті бөліп алу үшін жеткілікті жоғары болуы керек. Керісінше, вувузела иілгіш пластиктен жасалған, сондықтан мыс аспаптарға қарағанда өте төмен Q көрсеткішіне ие, бұл оған бүркелі, демді дыбыс береді. Қатты пластиктен, мыстан немесе ағаштан жасалған аспаптардың Q көрсеткіші жоғары болады. Тым жоғары Q көрсеткіші нотаға дұрыс түсуді қиындатуы мүмкін. Аспаптағы Q көрсеткіші жиіліктер бойынша өзгеруі мүмкін, бірақ мұндай өзгеріс қажет емес болуы мүмкін. Гельмгольц резонаторлары өте жоғары Q көрсеткішіне ие, себебі олар өте тар жиілік диапазонын бөліп алу үшін жасалған.