被动Passive电子元件Q值与D值在电路上的意义

首先，对于被动特性的电子元件，也就是R电阻器，L电感器，及C电容器，正确的思考是：所有电子元件都具有R，L，C的基本特性，只是它工作在某一个使用频率时，才会显现它设计上应有的特性。有这种思维，才能在电路上避免一些元件参数的变异影响，尤其应用在一些特定的产品设计上。

1.         电阻器：在高频率工作时，低值电阻会显现部分电感特性，高值电阻会显现电容特性。

 

2.         电感器：在高频率工作时，所有电感器会显现部分电容特性。然而在各种频率工作下均会显现电阻特性，这就是我们所熟知的Q值来源。

 

3.         电容器：在高频率工作时，所有电容器会显现部分电感特性。然而在各种频率工作下均会显现电阻特性，这就是我们所熟知的D值来源。

 

在学校里，大家都知道Q与D的意义，及其所代表的公式，但是却没有在电路上作出适当的计算，尤其不了解在串联与并联转换间的运用。以电感器的Q值为例：Q = ωL / Rs = Rp /ωL （Rs为串接电阻，Rp为并接电阻, ω = 2ΠF）

 

在电路上，你可以依照需要计算出Rs或是Rp，再与电路上其他串接或并接阻抗合并计算其实际数值。

 

有人要问了，Q值高低对于电路有什么影响，计算出Rs与Rp又有何用？当然电感器多数需要和电容器组合工作，才能产生通频带，阻频带，高通及低通的滤波作用，即使电容器可能是电路图上看不到的寄生电容。以滤波电路为例，Q值 = 20相当于5 %的串接阻抗，或是20倍的并接阻抗，那么原来计算的滤波效果，可以评估会减少5 %。至于用在通频带电路，则为6dB通频带范围为工作频率的1 / 20。此时所说的工作频率即为电感器与其工作的电容器的谐振电路频率。在接收机的射频电路及中频电路上经常看到，在谐振电路上并接电阻，就是要降低Q值使接收频带变宽。

 

至于电感器的电容特性，在高频线圈的规格书中可以看到“自共振频率”项目，以此频率数据与电感器数值，所计算出来的电容量，就是电感器的并接寄生电容量。在实用上如果工作频率为自共振频率的1 / 10，寄生电容量减为原有的1 / 10，容抗值增为10倍，也就是电感器的实际电感量减少10 %，对于谐振或滤波频率点的影响为5 %, 即为频率提升5 %。（备注：频率为LC的开平方变化量）

 

这边顺便提供一个判断电感器的高频特性简易方法，在使用数位LCR表时（当然Q表更好，对于小厂及设计公司是梦想吧），以200KHz与100KHz不同频率测试时，所得到的电感量差距越小，表示寄生电容量较低，越适合高频使用。另外也许你会发现，真正的高频电感器所测得的电感量数值会较大，那可是正确的，因为在低频工作时，寄生电容没有作用，寄生电容在高频时才会使原有电感量减低为正确数值。

 

现在要谈到电容器，话就更长了。所有电子元件甚至把主动元件都给纳进去，种类最多且特性最复杂，而且工程师最不了解，在产品上发生最多问题的，应该就是电容器了。哎呀，我看另外再弄个专题，否则又是离题扯远了。电容器先把它区分为高频及低频工作两种，在高频的跟电感器一样，也是使用Q值计算。其公式如下：

Q = 1 /ωC Rp = Rs /ωC （Rs为串接电阻，Rp为并接电阻，ω = 2ΠF）

 

其实上面这个公式可以不理它，因为一般与电感器谐振或是滤波组合的电容器，它的Q值都相当高（一般在300-1000，至少是电感器的10倍），与电感器相比可以忽略不计。至于在低频工作的，就必须使用D值计算，这个D值数字其实就是Q值的倒数。（D = 1 / Q）再把上面的公式拉下来用：D = 1 / Q =ωC Rp = Rs /ωC

 

电容器在低频工作时，一般主要是作为滤波用途，此时的D值与电感器的Q值具有相同意义，也就是D值与电容量所计算出来的串接并接电阻值，会影响滤波的效果。

 

这边也要提到一些电路上的例子。由于现代元件小型化的要求，一些电容器的容量增加使得D值变大，再加上温度造成的漏电量，使得并联阻值更低影响电路功能。因此一般的概念是D值越小越好，但是D值小往往会造成大电容器的冲击电流（Surge），使得电源电路受损。

 

最后还是要补充一下电阻部分，虽然它的重要性不高。高电阻的导通电流很低，两端的电压降形成的电荷累积，与电容器的特性完全相同，当然在高频工作时产生寄生容量。至于低电阻产生的大电流导通，所产生的微量磁场，是不是和电感器极为类似。当然实际影响就得看它本身的原料特性啦，不属于我们电子成品技术人员的领域了。（故事再吹嘘下去，有可能会让老师傅死的很难看，就此罢了）