Prüfungsfrage AD225

Welchen Gütefaktor $Q$ hat die Reihenschaltung einer Spule von 100 μH mit einem Kondensator von 0,01 μF und einem Widerstand von 10 Ohm?

Lösung

Zunächst müssen wir aus den Werten von L und C die Resonanzfrequenz des Schwingkreises gemäß Thomsonscher Schwingkreisformel bestimmen, da die vorgenannten Gleichungen nur für den Resonanzfall gelten!

$f = \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}}$

Mit eingesetzten Werten:

$\begin{split} f &= \frac{1}{2 \pi \cdot \sqrt{100 \cdot \qty{10^{-6}}{\henry} \cdot 0,01 \cdot 10^{-6}\text{ F}}} \ &\approx 159154,94 Hz \approx 159,2 \cdot 10^3 Hz\ &\approx 159,2 kHz\end{split}$

Damit kann der induktive Widerstand $X_\text{L}$ wie folgt berechnet werden (Formeln aus der Formelsammlung):

Kreisfrequenz: $\omega = 2 \pi \cdot f$

Induktiver Widerstand: $X_\text{L} = \omega \cdot L$

Mit eingesetzten Werten: $\begin{split}X_\text{L} &= 2 \pi \cdot 159,2 \cdot 10^3 Hz \cdot 100 \cdot \qty{10^{-6}}{\henry}\ &\approx 100,03 Ω\end{split}$

Die Güte errechnet sich damit unter Einbeziehung des ohmschen Widerstands $R_\text{S}$ zu:

$\begin{split}Q &= \frac{X_\text{L}}{R_\text{S}}\\text{Mit eingesetzten Werten:}\Q &= \frac{100,03 Ω}{10 Ω} \approx 10\end{split}$