kwaliteitsfactor

Kwaliteitsfactor, vaak afgekort als Q, is een maat voor de efficiëntie en de scherpte van een systeem rondom een resonantietoestand. In de elektrotechniek, mechanica en optica geeft de kwaliteitsfactor aan hoeveel van de opgeslagen energie tijdens een cyclus behouden blijft ten opzichte van de verloren energie door verliezen zoals weerstand, demping of straling. Een hoge Q duidt op een smalle resonantiebandbreedte en minder verlies per cyclus; een lage Q wijst op een bredere bandbreedte en sterkere demping.

Definities en formules variëren per context. In een resonantiekring met resonantiefrequentie f0 en -3 dB-bandbreedte Δf geldt Q = f0/Δf. In termen van energie: Q = 2πW/P_loss, waarbij W de opgeslagen energie is en P_loss het gemiddelde vermogen dat per tijdseenheid verloren gaat. Ook kan Q worden geschreven als Q = ω0W/P_loss, met ω0 de hoekfrequentie. Een hogere Q betekent meestal een lagere relatieve demping en betere selectiviteit.

Contexten en typen. Q wordt onderscheiden in elektromagnetische, mechanische en optische varianten. Elektromagnetische Q is cruciaal voor RF-filters en oscillatoren; mechanische Q speelt een rol bij micro- en nano-mechanische resonatoren en trillingssystemen; optische Q geldt voor microresonatoren en lasers.

Factoren en voorbeelden. Q wordt beperkt door verliesmechanismen zoals weerstand (R) in LC-kring, dielectric losses en magnetische verliezen, straling en koppelingsverliezen met het externe circuit. Kristalresonatoren (kwarts) hebben doorgaans een zeer hoge Q, terwijl veel andere resonatoren lagere waarden hebben.

Toepassing. De kwaliteitsfactor bepaalt de selectiviteit, stabiliteit en efficiëntie van resonante systemen en wordt veel gebruikt bij het ontwerp van filters, oscillatoren en sensoren. Het begrip is breed toepasbaar, maar definities kunnen per vakgebied variëren.