高频Q表及其应用

高频Q表及其应用1谐振法测量集中参数元件谐振法又称Q表法，是以LC谐振回路谐振特性为基础而进行测量的方法。在高频段，谐振法受杂散耦合等的影响较小，且比较符合电感、电容的实际工作情况，因此，谐振法高频段测量结果比较可靠，是测量高频元件的常用方法。1.Q表的组成及工作原理2测量电感3测量电容4Q表实例及使用方法高频Q表及其应用21.Q表的组成及工作原理谐振法构成的测量仪器称为Q表，适合在高频状态下测量电容量、电感量、电容损耗因数、谐振回路或电感品质的因数。它由测量回路、信号源、耦合回路及Q值电压表等部分组成，图1为Q表工作原理图，设测量回路电流有效值、总电感、总电容为I、L、C。Q表各组成部分的作用如下：信号源耦合回路Q值电压表LxR+－Us测量回路图1Q表工作原理图CxuAR2R11234CsIoI高频Q表及其应用3（1）信号源信号源为正弦信号源，其振荡频率范围即为Q表工作频率范围。（2）耦合回路它将信号源输出的信号馈入到测量回路，其耦合方式通常为电阻耦合方式，称之为插入电阻，为减小信号源对测量回路的影响，要求耦合电阻R2要很小（如0.04Ω）。高频段、超高频段Q表则分别选用电容、电感作为Q表耦合元件。信号源耦合回路Q值电压表LxR+－Us测量回路图1Q表工作原理图CxuAR2R11234CsIoI高频Q表及其应用4（3）Q值电压表即Q值刻度的电压表，用于指示Q值大小。当Q值电压表指示电压最大时，测量回路处于谐振状态。信号源耦合回路Q值电压表LxR+－Us测量回路图1Q表工作原理图CxuAR2R11234CsIoI高频Q表及其应用5（4）测量回路即LC谐振回路，它由电感、电容及回路等效损耗电阻R组成。Q表就是根据该回路的谐振特性来测量的。如果测量回路处于谐振状态，则存在如下关系：I=Us/R=UL/XL=UC/XCQ=XL/R=XC/RQ=UC/Us=UL/UsLCff210s120CLLC201信号源耦合回路Q值电压表LxR+－Us测量回路图1Q表工作原理图CxuAR2R11234CsIoI（6-9）高频Q表及其应用6可见，在Us一定时，电压表可以刻度成为Q值指示器；改变Io值可以扩大品质因数的测量范围，电流表则变成了Q值倍乘指示器。高频Q表及其应用72测量电感谐振法测量电感，除了依据式（6-9）直接测量（直接法）外，还包括串联替代法和并联替代法。2.1串联替代法串联替代法适合测量小电感，如图2所示，图中信号源与测量回路之间采用的互感耦合方式为松耦合，否则，信号源内阻将严重影响测量回路的谐振特性而产生谐振点误判。其测量步骤如下：Lx图2串联替代法测量电感原理图M1234CsL信号源V高频Q表及其应用8直接法用直接法测试电感量的电路图如下所示，选用已知标准电容Cs和被测电感Lx组成谐振回路，调节振荡电路的输出频率，当电压表的读数达最大，即谐振回路达到串联谐振状态。这时振荡电路输出信号的频率f将等于测量回路的固有频率fo，即图谐振法的基本电路由此可求得电容Lx值用直接法测得的电感量是有误差的，上式的电容值还包括线圈的分布电容和引线电容，而标准可变电容的刻度中不包括这两项电容值，使测试结果为正误差，即测试值大于实际值。若要消除误差，应采用替代法。)CL1/(2πx0ffsfC1/4πLx202高频Q表及其应用9①将1、2端短接，调节Cs到较大电容C1位置，调节信号源频率，使回路谐振，设谐振频率为f0，此时满足：（6-10）②去掉1、2之间的短路线，将Lx接入回路，保持信号源频率f0不变，调节Cs至C2使回路重新谐振，此时满足：（6-11）③求解式（6-10）和式（6-11）组成的方程组，得：120241CfLLx图2串联替代法测量电感原理图M1234CsL信号源V2202x41CfLL2120221x4CCfCCL高频Q表及其应用102.2并联替代法并联替代法适合测量大电感，始终将图2中1、2两端短接。其测量步骤如下：①不接入Lx，调小可变电容Cs为C1，调节信号源频率使回路谐振，设谐振频率为f0，此时满足：（6-12）②将Lx接至3、4端，保持信号源频率f0不变，调节Cs至C2使回路重新谐振，此时满足：（6-13）③求解式（6-12）和式（6-13）组成的方程组，得：120241CfL2202x411CfLL)(4112202xCCfLLxM1234CsL信号源V高频Q表及其应用113测量电容谐振法测量电容，除直接法外，一般采用串联替代法和并联替代法。替代法可以有效地消除分布电容或引线电感所造成的影响。1.串联替代法2.并联替代法高频Q表及其应用12直接法用直接法测试电容量的电路图如下所示，选用一适当的标准电感L，与被测电容Cx组成谐振电路，调节高频振荡电路的频率，当电压表的读数达最大，即谐振回路达到串联谐振状态。这时振荡电路输出信号的频率f将等于测量回路的固有频率fo，即图谐振法的基本电路)LCx1/(2π0ff由此可求得电容Cx值L1/4πCx202f由直接法测得的电容量是有误差的，因为它的测试结果中包括了线圈的分布电容和引线电容，为了消除这些误差，宜改用替代法。高频Q表及其应用133.1串联替代法串联替代法适合测量大电容，如图2所示。其测量步骤如下：①将1、2端短接，调小可变电容Cs为C1，调节信号源频率使测量回路谐振，设谐振频率为f0。②去掉短路线，将被测电容Cx接至1、2端，保持信号源频率f0不变，调节Cs至C2使测量回路重新谐振。③上述两步，测量回路中的电感以及前后两次的谐振频率未变，因此，前后两次测量回路的等效电容值是相等的，即2x2x1CCCCCLx图2串联替代法测量电感原理图M1234CsL信号源V高频Q表及其应用143.2并联替代法并联替代法适合测量小电容，如图2所示，图中1、2端始终短接或接入一标准电感，其测量步骤如下：1）不接入被测电容Cx，调大可变电容Cs为C1，调节信号源频率使测量回路谐振，设谐振频率为f0。2）将被测电容接至3、4端，保持信号源频率f0不变，调节Cs至C2使测量回路重新谐振。3）上述两步，测量回路中的电感以及前后两次的谐振频率未变，因此，前后两次测量回路的等效电容值是相等的，即C1=C2+CxCx=C1－C2Lx图2串联替代法测量电感原理图M1234CsL信号源V高频Q表及其应用154Q表实例及使用方法图6.2为QBG-3型Q表面板结构图，它的使用方法如下：图6.2QBG-3型Q表面板图主调电容度盘Cx接线柱Lx接线柱开定位零位校直Q值范围Q值零位校直Q×1定位表Q值定位细调定位粗调波段开关频率旋钮pFL.f对照表微调CL高频Q表及其应用164.1测量准备测量前先对定位表和Q值表进行机械调零，然后将定位粗调逆时针调到底，将“定位零位校直”和“Q值零位校直”置于中间，“微调（电容）”调到零，开机预热10min。图6.2QBG-3型Q表面板图主调电容度盘Cx接线柱Lx接线柱开定位零位校直Q值范围Q值零位校直Q×1定位表Q值定位细调定位粗调波段开关频率旋钮pFL.f对照表微调CL高频Q表及其应用174.2电感线圈Q值的测量将被测线圈接到Lx接线柱上；调节频率旋钮及波段开关至测量所需的频率点；选择合适的Q值挡级；调节“定位零位校直”旋钮使定位表指示为零，调节定位粗调及定位细调旋钮使定位表指针指到“Q×1”处；调整主调电容度盘远离谐振点，再调节“Q值零位校直”使Q值表指针指在零点上，最后调解主调电容度盘和微调旋钮使回路谐振（Q值表指示最大），则Q值表的示值即为被测线圈的Q值。图6.2QBG-3型Q表面板图主调电容度盘Cx接线柱Lx接线柱开定位零位校直Q值范围Q值零位校直Q×1定位表Q值定位细调定位粗调波段开关频率旋钮pFL.f对照表微调CL高频Q表及其应用184.3电感量的测量首先估计一下被测线圈的电感量，按照表2选出对应频率，再调节波段开关及频率旋钮使信号源频率达到所需频率值；将“微调”置于零点，调节主调电容度盘使Q值表指示最大。此时，被测线圈的电感量等于主调电容度盘上读出的电感值乘以L、f、倍率对照表中的倍率。表2L、f、倍率对照表电感倍率频率0.1～1μH×0.125.2MHz1.0～10μH×17.95MHz10～100μH×102.52MHz0.1～1.0mH×0.1795kHz1.0～10mH×1252kHz10～100mH×1079.5kHz高频Q表及其应用194.4线圈分布电容的测量将主调电容度盘调至某一适当电容值上（一般为200pF），记为C1；再调节波段开关及频率旋钮使Q值表指示最大，即找到谐振点f1；重新调节波段开关、频率旋钮使信号源频率为f1的两倍，然后调节主调电容度盘使Q值表指示最大，记为C2。则分布电容量C0可由下式计算：C0=(C1－4C2)/34.5电容量的测量被测电容量大小不同，其测量方法也不同。主要有以下两种情况：（1）小于460pF电容的测量高频Q表及其应用20可以采用并联替代法来测量。从Q表附件中选取一只电感量大于1mH的标准电感接至Lx接线柱，将“微调”调到零，主调电容度盘调至最大（500pF），记为C1；然后调节“定为零位校直”和“Q值零位校直”旋钮使定位表及Q值表指示为零，再调节定位粗调及定位细调旋钮使定位表指针指在“Q×1”处；最后调节频率旋钮及波段开关，使Q值表指示最大。将被测电容接至Cx接线柱，重调主调电容度盘使Q值表指示最大，此时度盘读数为C2，则被测电容Cx等于：Cx=C1-C22）大于460pF电容的测量可以采用串联替代法来测量。将标准电感接至Lx接线高频Q表及其应用21柱，调节主调电容度盘，使Q值表指示最大，读盘读数记为C1；取下标准电感，将其与被测电容串联后再接于Lx接线柱上，重调主调电容度盘使Q值表指示再次达到最大，此时度盘读数记为C2。被测电容Cx为：1221xCCCCC