品质因子

在物理和工程中，品质因数或质量因数是描述振荡器或谐振器欠阻尼程度的无量纲参数。

它被定义为谐振器中存储的初始能量与在振荡周期的一个弧度内损失的能量之比。质量因数也可以定义为谐振器在受到振荡驱动力时的中心频率与其带宽之比。

这两个定义给出了数值上相似但不相同的结果。Q值越高表示能量损失率越低，振荡消失得越慢。悬挂在优质轴承上并在空气中摆动的摆具有高Q，而浸在油中的摆具有低Q。品质因数高的谐振器阻尼低，因此振铃或振动时间更长。

品质因子是描述欠阻尼谐波振荡器（谐振器）谐振行为的参数。具有较高产品质量的正弦驱动谐振器以较大的振幅（在谐振频率下）谐振，但在谐振频率附近具有较小的频率范围；振荡器谐振的频率范围称为带宽。

因此，无线电接收器中的高Q调谐电路将更难调谐，但具有更高的选择性；它可以更好地过滤掉频谱附近其他电台的信号。高Q振荡器以较小的频率范围振荡并且更稳定。

振荡器的品质因数因系统而异，这取决于它们的结构。阻尼很重要的系统（例如防止门砰地关上的阻尼器）的 Q 接近 1⁄2。需要强谐振或高频稳定性的时钟、激光器和其他谐振系统具有高品质因数。音叉的品质因数在1000左右。原子钟、加速器中使用的超导射频腔和一些高Q激光器的品质因数可高达1011甚至更高。

物理学家和工程师使用许多替代量来描述振荡器的阻尼程度。重要示例包括：阻尼比、相对带宽、线宽和以倍频程测量的带宽。

自 1914 年首次使用以来，Q 的定义已被推广到适用于线圈和电容器、谐振电路、谐振装置、谐振传输线、空腔谐振器，并已扩展到电子领域之外，适用于一般的动力系统：机械和声谐振器、材料 Q 和量子系统，例如谱线和粒子共振。

在谐振器的上下文中，Q 有两个通用定义，它们并不完全等同。 随着 Q 变大，它们变得近似相等，这意味着谐振器的阻尼变小。

其中 fr 是谐振频率，Δf 是谐振宽度或半峰全宽 (FWHM)，即振动功率大于谐振频率功率一半的带宽，ωr = 2πfr 是角谐振频率， Δω是角半功率带宽。

根据这个定义，Q 是分数带宽的倒数。

Q 的另一个常见的几乎等效的定义是振荡谐振器中存储的能量与阻尼过程每个周期耗散的能量之比。

因子 2π 使 Q 可以用更简单的术语表达，仅涉及描述大多数谐振系统（电气或机械）的二阶微分方程的系数。

在电气系统中，存储的能量是存储在无损耗电感器和电容器中的能量总和；损失的能量是每个周期在电阻器中消耗的能量的总和。