Memahami Q Factor: Metrik Kunci untuk Insinyur Listrik & Elektronika

Q Factor dalam Teknik Listrik dan Elektronika

Q Factor dalam Teknik Listrik dan Elektronika

Dalam Rangkaian Terunci, Rasio antara Reaktansi dan Resistensi disebut Q Factor atau Quality Factor … Atau …

Sebaliknya dari Power Factor disebut Q-Factor atau Quality Factor dari sebuah Coil atau angka meritnya.

Q Factor = 1/ Power Factor=1/Cosθ= Z/R … (Dimana Power Factor Cosθ = R/Z)

Jika R terlalu kecil dibandingkan Reaktansi

Maka Q factor = Z/R = ωL/R = 2πfL / R … (ωL/R = 2πf)

Selain itu, Q Factor dapat didefinisikan sebagai rasio antara energi yang tersimpan dan energi yang disipasi per siklus dalam Rangkaian

Q = 2π x (Energi Tersimpan/ Kerugian Daya)

Dalam Resonator, Q adalah rasio antara energi yang tersimpan dalam resonator dan energi yang disuplai oleh generator untuk menjaga amplitudo sinyal tetap konstan

Q = 2π (Energi Maksimum Tersimpan/Energi yang Disipasi per Siklus) di dalam coil.

Hal yang Perlu Diketahui *¹:

Dalam Sistem & Rangkaian Listrik, Energi Tersimpan adalah jumlah energi yang tersimpan di Induktor dan Kapasitor tanpa rugi. Dan energi yang hilang adalah jumlah energi yang disipasi di resistor (Panas, cahaya dll) per siklus

Sedangkan;

Kapasitor menyerap Daya Reaktif dan Menyimpan Energi dalam bentuk Medan Listrik

Induktor menyerap Daya Reaktif dan Menyimpan Energi dalam bentuk Medan Magnet

Dan

Resistor menyerap daya nyata dan menyipasi dalam bentuk panas dan cahaya

Q Factor dalam Rangkaian Kapasitif Murni (C) dan Induktif Murni (L)

Seperti yang kita ketahui bahwa Daya dalam Rangkaian Kapasitif Murni dan Induktif adalah Nol. Jadi Power Factor Rangkaian juga Nol. Tetapi faktor “Q” rangkaian adalah kebalikan dari Power factor, sehingga “Q” factor dalam Rangkaian Kapasitif Murni dan Induktif adalah tak hingga (∞).

Q Factor dalam Rangkaian RL Seri

Dalam Rangkaian RL Seri, Impedansi (Z) = Reaktansi Induktif = X_L = 2πfL, Oleh karena itu Quality factor “Q”

= Z/ R → = X_L /R → = 2πf_rL /R

Q Factor dalam Rangkaian RC Seri

Dalam Rangkaian RC Seri, Impedansi (Z) = Reaktansi Kapasitif = X_C = 1/2πfC, Oleh karena itu Quality factor “Q”

= Z/ R → = X_C /R → = (1/2πf_rC) /R → = 1 / 2πf_rCR.

Dimana

Z = Impedansi = Resistensi dalam Rangkaian AC (Z = X_L²-X_C² Ω)

R = Resistensi dalam Ω

C = Kapasitansi dalam Farad

L = Induktansi dalam Henry

X_L = Reaktansi Induktif dalam Ω

X_C = Reaktansi Kapasitif dalam Ω

f_r= Frekuensi Resonansi dalam Hz

Q Factor dari rangkaian terunci = frekuensi resonansi / bandwidth

Q = f_r / B

Q = f_r / (f₂ – f₁)

Dimana

f_r = Frekuensi Resonansi dalam Hertz

B = Bandwidth = selisih antara frekuensi atas dan bawah dalam serangkaian frekuensi kontinu = B = (f₂– f₁)

Q Factor dalam Rangkaian RLC Seri (Rangkaian Resonansi Masukan Tegangan)

Dalam rangkaian RLC Seri ideal (Juga dalam penerima radio frekuensi (TRF) terunci) Quality “Q” factor adalah

Q = (1/R) x (√ (L/C) = ω₀L/R

Jelas dari persamaan di atas bahwa semakin besar Resistensi Seri, semakin kecil “Q” factor Rangkaian yaitu semakin banyak energi yang hilang dan semakin lebar bandwidth.

Hal yang perlu diketahui*²: Rangkaian resonansi dengan Q factor tinggi memiliki bandwidth yang sempit dibandingkan dengan “Q” factor rendah

Q Factor dalam Rangkaian RLC Paralel (Rangkaian Resonansi Masukan Arus)

“Q” factor dalam Rangkaian RLC Paralel adalah kebalikan dari “Q” Factor dalam Rangkaian RLC Seri

Q = R x (√ (C /L) = R /ω₀L

Dimana

R = Resistensi dalam Ω

C = Kapasitansi dalam Farad

L = Induktansi dalam Henry

Jelas dari persamaan di atas bahwa semakin rendah Resistensi, semakin besar “Q” factor Rangkaian yaitu semakin sedikit energi yang hilang dan semakin sempit bandwidth dan akan berguna dalam rangkaian desain filter untuk menentukan bandwidth.

Q Factor dalam Rangkaian yang Memiliki Impedansi Kompleks

Seperti yang kita bahas di atas bahwa “Dalam Rangkaian Terunci, Rasio antara Reaktansi dan Resistensi disebut Q Factor atau Quality Factor … Atau

Sebaliknya dari Power Factor disebut Q-Factor atau Quality Factor dari sebuah Coil.

Q Factor = 1/ Power Factor=1/Cosθ= Z/R … (Dimana Power Factor Cosθ = R/Z)”

Oleh karena itu; kita juga dapat menentukan “Q” factor dari Rangkaian yang Memiliki Impedansi Kompleks jika kita mengetahui Power Factor Rangkaian dimana

Power factor= Cosθ = R/Z … atau…

Tangen dari sudut fase (θ) antara arus dan tegangan.

Hal yang perlu diketahui *³:

Rangkaian resonansi dengan Q factor tinggi memiliki bandwidth yang sempit dibandingkan dengan “Q” factor rendah

Q factor rendah memberikan band lebar (bandwidth luas)
Q factor tinggi memberikan band sempit (bandwidth kecil)