【题目编号】MC1-1057
【题目】根据谐振回路或者谐振天线电路 Q 值的高低,我们可以得到结论:
【答案】A
[A]Q 值越高,谐振曲线越尖锐,选择性越好,通带宽度越窄
[B]Q 值越高,谐振曲线越平坦,选择性越不明显,通带宽度越宽
[C]Q 值越高,回路或天线的工作状态受频率变化的影响越小
[D]Q 值越高,回路或天线的工作频率越高
考点速览
本题考品质因数(quality factor,缩写 Q)与谐振曲线形状、选择性、通带宽度之间的对应关系,是谐振回路部分必须记牢的一条定量规律。四个选项都围绕“Q 值越高会怎样”展开,只有一个方向是对的,其余三个分别把曲线形状说反、把频率稳定性说反、把 Q 与工作频率扯成因果。
Q 值决定谐振曲线的尖锐程度
谐振曲线(resonance curve)是回路中电流或电压幅度随频率变化的曲线,横轴是频率,纵轴是幅度。曲线形状完全由 Q 值决定:Q 值低,曲线像一座矮胖的丘,谐振点附近很大一段频率范围内幅度都差不多;Q 值高,曲线变成一根细高的尖峰,偏离谐振频率一点点,幅度就急剧下跌。这条规律可以从半功率带宽公式直接读出来:通带宽度 BW 等于谐振频率 f₀ 除以 Q,Q 越大分母越大,通带越窄,峰越尖。反过来,量出曲线宽度也就知道了 Q,即 Q = f₀/BW。
曲线的纵轴通常取归一化幅度,也就是把谐振点的幅度定为一,其余各点写成与它的比值,这样不同 Q 值的回路可以画在同一张图上直接比较,图形只由 Q 决定而与具体电感电容数值无关。曲线上幅度降到零点七零七倍的那两个点,就是通带的两个边缘,两点之间的横向距离就是通带宽度。
选择性与通带宽度是一枚硬币的两面
选择性(selectivity)指回路从邻近频率的信号中把有用信号挑出来的能力。相邻电台间隔只有几千赫时,接收机前端靠高 Q 谐振回路把邻频信号压下去:Q 越高,谐振峰越窄,离谐振点稍远的频率被衰减得越狠,选择性越好。代价是通带变窄。语音通信占用约三千赫带宽,若把前端 Q 做得过高、通带窄到几百赫,有用的边带自己就被削掉了。选择性要好与通带要够宽是一对矛盾,工程上按用途取舍:接收机中频滤波器要两头兼顾,发射机输出回路则要既抑制谐波又不削边带。天线上的表现更直观,加感缩短的短天线与小环天线 Q 值很高,整个业余频段调一次只能用很窄的一段,换频率必须重新调谐。
不同用途对 Q 的要求差别很大。单边带通信常用的晶体滤波器与机械滤波器,等效 Q 值远高于普通的电感电容回路,因此能在两千赫左右的通带旁边做出很陡的裙边,把紧邻的干扰压下去;反过来,宽带调频与高速数字模式要求通带平坦、群时延均匀,前端回路就不能一味追高 Q。
高 Q 的另外两张面孔
高 Q 不只是“曲线尖”。频域越尖,时域振铃越长,这是同一条物理规律的两种说法:回路阻尼小,储能衰减慢,一个突发脉冲进去会在回路里振荡很久才平息。对连续波电报与调频语音影响不大,但对高速数字模式,前一个符号的振铃会拖到后一个符号上,形成码间干扰,收端解码变差。高 Q 回路对元件稳定性也挑剔,温度一变、电容稍有漂移,谐振点就偏出通带,发射时驻波比会明显上升。所以高 Q 是优点与负担并存的。
高 Q 也不全是麻烦。振荡器的频率稳定度就依赖回路 Q 值:Q 越高,有源器件噪声引起的相位抖动被压得越低,所以信标与窄带弱信号模式的振荡回路都尽量抬高空载 Q,再用缓冲级把负载的影响隔离在外,让有载 Q 不至于被拉得太低。
逐项辨析
选项 A 正确。Q 值越高,谐振曲线越尖锐,选择性越好,通带宽度越窄,三句话互为因果,与 BW = f₀/Q 完全一致。
选项 B 错误。三条结论全部说反了:Q 值高对应曲线尖锐而不是平坦,选择性明显而不是不明显,通带窄而不是宽。这一项最容易被“平坦”这类顺口的词带偏。
选项 C 错误。Q 值越高,回路对频率变化反而越敏感。Q 高意味着谐振峰两侧的斜率陡,稍微偏离谐振频率,幅度与相位的改变都比低 Q 回路剧烈得多。说“受影响越小”,与高 Q 的本质正好相反。
选项 D 错误。Q 是无量纲的比值,描述储能与损耗的关系,不是频率。回路与天线的工作频率由电感量、电容量或者天线尺寸决定,与 Q 值高低没有这种决定关系。同一个回路工作在什么频率上,和它的 Q 值高不高是两回事。
应试要点
记住一条链:Q 高则峰尖,选择性好,通带窄,对失谐敏感,瞬态振铃长。做题时先找“尖锐、窄”这类词,凡出现“平坦”“带宽宽”“受影响小”“工作频率高”的选项一律排除。定量上背两个式子就够:BW = f₀/Q 与 Q = f₀/BW。