یکی از پارامترهای توصیف کننده مدار تانک ضریب کیفیت[۱۴] یا به اختصار Q است. تعاریف مختلفی برای Q وجود دارد که در اینجا سه مورد از آنها بیان می شود]۱۸[.
-
- تعریف اساسی Q از دید فیزیکی بصورت (نسبت انرژی ذخیره شده به انرژی تلف شده در هر سیکل) × تعریف می شود. این تعریف یک تعریف بنیادی است زیرا توضیحی در مورد اینکه کدام انرژی ذخیره و کدام تلف می شود نداده است و برای سیستمهای توزیع شده همانند حفرههای مایکروویو که امکان تشخیص میزان سلف و خازن مشکل است، بکار میرود. از این تعریف استفاده شده تا Q مدار تانک RLC موازی را محاسبه شود. در فرکانس تشدید که با نشان داده می شود، ولتاژی که روی شبکه میافتد برابر است با RIin. انرژی شبکه بطور غیرکنترلی بین سلف و خازن پخش می شود درحالیکه مجموع آنها همواره با انرژی شبکه برابر است. در واقع برای یک نوسان کننده LC، ضریب کیفیت به معنای مقدار انرژی از دست رفته در هر بار انتقال آن از سلف به خازن و بالعکس می باشد. بنابراین Q بصورت زیر محاسبه می شود
که در آن انرژی ذخیره شده در تانک، توان متوسط تلف شده در هر سیکل، پیک جریانی که از تانک عبور می کند و R تلفات موازی تانک میباشند.
-
- مدارهای نوسانساز معمولا دارای یک پاسخ فرکانسی میان گذر میباشند. بر این اساس Q را میتوان به صورت میزان تیزی اندازه پاسخ فرکانسی نیز تعریف نمود. در واقع هرچه Q مدار بیشتر باشد، خاصیت فیلتری تانک LC قویتر خواهد بود. به صورت دقیق، همانطور که در شکل (۲-۲۳) نشان داده شده است، Q به صورت نسبت فرکانس مرکزی به پهنای باند dB3 دو طرفه تعریف می شود.
یک تعریف برای Q
در تعریف سوم مدار به صورت یک سیستم دارای فیدبک در نظر گرفته می شود و فاز تابع انتقال حلقه باز، ، در تشدید مورد بررسی قرار میگیرد. برای یک مدار ساده همانند آنچه در شکل (۲-۲۴) نشان داده شده است، Q تانک برابر است با
تعریف ضریب کیفیت بر اساس شیب فاز سیستم حلقه باز
این تعریف Q ضریب کیفیت حلقه باز نامیده می شود، دارای تعبیر بسیار جالبی میباشد. با توجه به مطالب بخش ۲-۲ مشخص است که برای رسیدن به نوسان پایدار در یک سیستم دارای فیدبک نیاز به شیفت فاز صفر در حلقه میباشد. اگر فرکانس نوسان به هر دلیل از اندکی انحراف پیدا کند، در این صورت چنانچه شیب منحنی فاز حلقه باز مقدار بزرگی در داشته باشد، این انحراف موجب ایجاد یک انحراف بزرگ در فاز می شود. هچنین باعث نقض شرایط نوسان در فرکانس نوسان جدید می شود و آن را به مقدار اولیه خود باز میگرداند. به بیان دیگر، ضریب کیفیت حلقه باز به عنوان معیاری برای مقاومت سیستم حلقه بسته در مقابل تغییرات فرکانس نوسان شناخته می شود.
-
- نویز
نویز در وقع سیگنال الکتریکی تصادفی و ناخواستهای است که روی عملکرد سیستم تاثیر نامطلوبی دارد. این سیگنالها منابع گوناگونی دارند و معمولا به دو دسته نویز تداخلی و ذاتی تقسیم میشوند. نویز تداخلی ناشی از اثر متقابل ناخواستهی میان مدار و دنیای خارج و یا میان قسمت های مختلف یک مدار میباشد. به عنوان مثال از نویزهای این دسته میتوان به نویز منبع تغذیه، نویز بدنهی ترانزیستورها و یا تداخل الکترومغناطیسی میان سیمها و غیره اشاره کرد که وابسته به فرایند ساخت است و با دقت در طراحی میتوان آنها را کاهش داد. نویز ذاتی از خواص اساسی مدار ناشی می شود و میتوان آنها را با تکنیکهای کاهش نویز کاهش داد ولی نمی توان حذف کرد. از نویزهای این دسته میتوان به نویز حرارتی و فلیکر ترانزیستورها و نویز حرارتی مقاومت نام برد. در این قسمت ابتدا چند نمونه از خواص نویز بررسی شده و سپس منابع نویز موجود در نوسانساز و مدلهای مربوطه برای تحلیل مداری آنها معرفی می شود.
-
- مقدارموثر(RMS[15]) نویز
آنجایی که اندازه گیری لحظهای مقدار نویز ممکن نیست، برای بیان آن معمولا از مقدار متوسط یا موثر آن استفاده می کنند که در اینجا مقدار موثر آن را بیان می شود. اگر یک ولتاژ نویز فرض شود، مقدار rms آن به صورت رابطه (۲۱-۲) تعریف می شود.
چنانچه یک سیگنال تصادفی به یک مقاومت ۱ اهمی اعمال شود، در این صورت مقدار متوسط توان مصرف شده بر حسب وات برابر با قدرت نرمالیزه نویز خواهد بود. بنابراین گاهی مجذور مقادیر rms یعنی و توان نرمالیزه نویزی این دو سیگنال نامیده می شود.
-
- جمع منابع نویز
در تحلیل مدار اغلب لازم است تاثیر چند منبع نویز را با هم جمع کرد تا اثر نویز کل را بدست آورد. اگر سیگنال نویز ترکیب به صورت زیر در نظر گرفته شود
با معین بودن مقدار rms هر منبع نویز، در مورد سیگنال ترکیب میتوان بدین صورت عمل کرد
جمله اول و دوم نمایانگر مقدار موثر دو منبع نویز و جمله سوم معرف همبستگی بین دو سیگنال است، بدین معنی که این دو منبع نویز چه میزان به هم شبیهاند. از آنجایی که منابع نویز معمولا ناهمبستهاند، میتوان گفت جمله سوم معمولا صفر است و برای بررسی اثر نویز کل از اثر برهمنهی منابع نویز استفاده کرد. به عنوان مثال نویز ناشی از یک مقاومت با نویز ترانزیستور کاملا مستقل از هم میباشند.