高频Q表及其应用.docx

第八章 高频Q表及其应用电阻器、电容器、电感器都是电路的基本元件电路基本元件参数是电路测试的基 本内容之一电路参数测试仪器是基本测试仪器由于电路元件的工作频率范围不同， 测试的方法和测试的仪器也有所不同对于工作在低频电路中的元件大多采用电桥法和 万用电桥；对于工作在高频电路中的元件，大多采用谐振法和Q表等一、谐振法测元件参数的基本原理谐振测试法是根据谐振回路的谐振特性建立起来的测电路元件参数的方法谐振测 试法的基本电路如图8-1所示它是由LC谐振回路、高频振荡电路和谐振指示电路三图8-1谐振法的基本电路部分组成振荡电路提供高频信号，它与谐振回路之 间的藕合程度应足够弱，使反映到谐振回路中的阻抗 小到可以忽略不计谐振指示器用来判别回路是否处 于谐振状态，它可以用并联在回路两端的电压表或串 联在回路中的电流表担任同样要求谐振指示电路的 内阻对回路的影响小到可以忽略不计一）电容量的测试 谐振法测电容器有直接法和替代法两种1 ．直接法用直接法测试电容量的电路与图 8-1 所示的基本电路相同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f = f Q = 1/(2it FLCx)由此可求得电容 Cx 值，Cx = 1/4n 2 f L式中电容的单位是F （法）频率的单位是Hz （赫）电感的单位是H （亨）若上述各 量的单位分别用pF，MHz，uH,则Cx式可写为：Cx = （2.53 x 1Q4）/f[L由于谐振频率fo可由振荡电路的度盘读得，电感线圈的电感量是已知的，即可由上 式计算被测电容量Cx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2．替代法 用替代法测试电容量有并联替代法和串联替代法两种串联和并联替代法，采用替 代原理，必须进行两次测试被测元件接入前使电路谐振；被测元件接入已调谐好的电 路后会使电路失谐，然后重新调整电路中的标准元件，以补偿（替代）被测元件造成的 失谐测量结果需计算后方能得到这是一种间接测量的方法1）并联替代法用并联替代法测试电容量的电路如图8-2 所示，进行测试时，首先将标准可变电容 器放在电容量甚大的刻度位置 CS1 上，调节振荡电路的频率使串联谐振回路谐振。

然后 将被测电容器接在 Cx 接线柱上，与标准可变电容器并联，振荡电路保持原来的频率不 变，减小标准可变电容器的电容量到CS2，使串联谐振回路恢复谐振在这种情况下,CS1= CS2+Cx即可求得被测电容Cx的值为:Cx= CS1- CS2显然，并联替代法只能测电容量小于标准可变电容器的变化范围的电容器由于通只能测试电容量小于460pF的电容图8-2并联替代法测量电容量常标准可变电容器的电容量变化范围有限，例如一个能从500pF变化到40pF的电容器 的电容量变化范围为460pF按照上述测试方法， 当被测电容量大于标准可变电容器的电容量变化 范围时，则可根据被测电容量的估算数值选择一 个适当容量的电容器作辅助元件，再用上述方法 进行测试选择辅助电容器时，必须使已知辅助 电容器的电容量与标准可变电容器的变化范围 之和大于被测电容器的电容量例如用电容量变 化范围为460pF的标准可变电容器来测被测电 容量约为680pF的电容时，必须选择一个电容量大于220pF的已知电容作辅助元件Csi+C 已知=CS2+Cx测试时，首先把已知电容接在 Cx 接线柱上，标准可变电容器放在电容量所在的刻 度位置CS1上，调节振荡电路的频率使串联谐振回路谐振。

然后拆去Cx接线柱上的已知 电容，接上被测电容振荡电路保持原来的频率不变减小标准可变电容器的电容量到 cs2,使串联谐振回路恢复谐振在这种情况下Cx=CSl-CS2 +C 已知即可求得被测电容Cx的值为：（2）串联替代法测电容量大于标准可变电容器容量变化范围的另一种方法是串联替代法串联替代 法测电容的电路如图8-3 所示进行测试时，首先将标准可变电容放在电容量甚小的刻度位置cs1上，调节振荡电路的频率使串联谐振回路谐振然后将被测电容串联在谐振回路中，振荡电路保持原来的频率不变，增加标准可变电容量到CS2，使串联谐振回路 恢复谐振在这种情况下CS1=l/(1/CS2+1/Cx)即可测得被测电容Cx的值为Cx=(CS1CS2)(CS2-CS1)图8-3串联替代法测量电容量(二) 电感量的测试1．直接法在图8-1中若选用已知标准电容Cs和被测电感Lx组成谐振回路，按测试电容的同 样方法，调节振荡电路的输出频率，使谐振回路达到谐振状态，由式f = f0 = 1/(加节1)可得被测电感Lx的值为Lx = 1/4n 2 f(2Cs 式中电容的单位是法，频率的单位是赫，电感的单位是亨若上述各量的单位分别用pF, MHz, uH,则上式可写为Lx = (2.53x 104)/f2Cs。

上式中fo可由振荡电路的度盘读得， Cs可由标准可变电容器的度盘读得，由上式即可计算得被测电感量Lx实际上按谐振法设置的测试仪器，测电感时为了能直接读数，通常是在某些指定的 频率点上进行测试由式Lx = (2.53x 104)/f2Cs可知，当fo为定值时，Lx与Cs成反比 例关系，所以，在标准可变电容器 Cs 的刻度盘上附加直读电感的刻度，就可以直接读 出被测电感Lx值，而无需计算用直接法测得的电感量是有误差的，因为实际上式Lx = (2.53x 104)/f2Cs中的电容 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2．替代法与测电容一样，也有并联替代法和串联替代法两种测小电感时用图8-4 (a)所示 的串联替代法，测大电感时用图8-4 (b)所示的并联替代法由于具体的测试方法与测 电容的替代法相仿，故不再赘述a)(b)图 8-4 替代法测量电容量（三）品质因数（Q值）的测试利用谐振法测回路的品质因数（Q值），可采用电容变化法或频率变化法，两种测 试方法均采用图8-1 所示的电路电容变化法是变化调谐回路中的电容量，使回路发生一定程度的失谐，从而求得回 路的品质因数。

根据回路谐振时可变电容器Cs的读数Cso和回路两次失谐（谐振指示 器指示下降到70.7%）时可变电容器Cs的读数q、C2，即可按下式计算品质因数 Q=2Cso / （C2-C1） 频率变化法是变化高频振荡电路的振荡频率，使回路发生一定程度的失谐，从而求得回 路的品质因素根据回路谐振时振荡电路的频率数fo和回路两次失谐（谐振指示的指示 下降到70.7% ）时振荡电路的频率读数f和厶，可计算品质因数Q=fo / f-fj用电容变化法和频率变化法测回路的品质因数Q值，须经过几步操作和计算根据谐振原理制成的一种能直接读出线圈Q值的测试仪器，称之为Q表它是测 高频电路元件参数的重要仪器Q表除测线圈Q值的基本用途以外，因为其中包含有谐图 8-5 Q 表的基本电路Q表的基本原理图如图8-5所示由图可见，被测线圈（视在参量为Lx与Rx）与 Q 表内部的一只标准可变电容器 Cs 组成一个串联谐振回路；并在标准可变电容器的两 端跨接一只标准可变电容器 Cs 组成一个串联谐振回路；并在标准可变电容器的两端跨 接一只输入阻抗很高的电子电压表，作为谐振指示器；加在标准电阻R1及R2上的高频 电压，由一个作监视器的电子电压表测试，用以监视引入串联谐振回路的高频电压 U1 的大小。

调节可变高频振荡电路的频率或标准可变电容器的电容，使串联谐振回路谐振，此 时并联在标准可变电容器上的电子电压表的指示最大按照谐振回路的原理，最大电压 U2和输入回路的电压U]之间关系U2=QU],可得，Q=U2/U由此测得的Q值是串联谐振回路总的品质因数但由于在一般情况下标准可变电容 器 Cs 的损耗与线圈的损耗相比可以忽略，电子电压表的输入电阻极大，由其所引入回 路中的损耗可以忽略，输入电压q的内部电阻与线圈的有效串联电阻Rx相比也可以忽 略，所以串联谐振回路的品质因数Q可以认为是被测线圈的品质因数Qx若将©的大小保持一定，则U2即比例于被测线圈的Q值，因此如将电子电压表的 度盘直接按Q值刻度，在测试时便可以直接读出Q值由U2=QU］这一基本关系式可见，因为U2和Q之间的比例常数为U］,改变U］的大 小可以改变Q表量程©愈小，则同一 U2值所代表的Q值愈大所以Q表的量程能借 助U］的减小而扩大某些产品Q表就是通过减小Ul值来扩展Q值读数倍率的为了使Q表除测试线圈Q值之外能进行其他谐振法测试，通常将其内部的高频振 荡电路和可变标准电容均加以正确的定度这样便可由振荡电路的频率度盘和频段开关 所示出的读数，知道测试所用振荡频率的准确数值；由可变标准电容器度盘所示出的读 数，知道测试时标准电容器的准确数值。

为了微调和读出微小电容变化值的变化值的需 要，一般Q表内部的标准电容器除一只容量较大（如500pF）的可调电容器外，还包括 一个与之并联的、度盘直接按微小电容量（如土 3pF ）刻度的较小的电容器Q表按其应用的频率范围不同，有低频Q表、高频Q表和超高频Q表等不同类型 不同频率的Q表的基本原理都同上所述二、高频Q表的组成Q表可以用来测量高频电感或谐振回路的Q值、电感器的电感量及其分布电容量、 电容器的电容量及其损耗角、电工材料的高频介质损耗、高频回路的有效并联电阻及串 联电阻、传输线特性阻抗等咼频振荡电路 定位指示电路 测量回路 C皆振指示CB1CB2电源供给电路图 8-6 高频 Q 表原理功能方框图产品Q表的原理功能方框图如图8-6所示由图可见，Q表包括高频振荡电路、定 位指示电路、谐振指示电路、测试回路和电源供给电路5个部分现分别介绍如下1． 高频振荡电路通常是一个电感3点式振荡电路一般产生频率为50KHz〜50MHz的高频振荡信号 分若干个频段，由筒形波段开关（仪器面板的频段开关）控制变换，每个频段的频率由 双联可变电容器（仪器面板的频率度盘）连续调节高频振荡电路的输出信号通过电感 耦合线圈馈送到宽带低阻分压器（由1.96Q、0.04Q组成）。

借助调节电位器（仪器面板 上的定位粗调和定位细调旋钮）改变高频振荡管的相关直流电压，可以控制一定大小的 高频信号电压，加到宽频带低阻分压器上，此高频信号通过电阻分压后加入串联谐振回 路2．定位指示电路加在宽频带低阻分压器上的高频信号电压由作定位指示用的电子电压表测量，用以 监视引入串联谐振回路的高频电压的大小当调节高频振荡电路的输出信号电压，使定 位指示器的指示在定位线“QX1”上时，宽带低阻分压器的输入电压为500mV,通过 分压，从0.04Q电阻上取出的10mV的高频信号电压，加到测试回路（串联谐振回路） 上分压电阻是一个0.04Q的小电阻，以实现低阻抗的高频信号源，减小电源内阻对测 量电路的影响作为定位指示用的电子电压表的零点调节（即起始电流补偿）由一只电 位器（仪器面板上的定位校正旋钮）担当3．测试回路测试回路中有两个标准可变电容器，一个是主调电容器（2X250pF）,另一个是微 调电容器（5〜13pF）；有两对接线柱：“Lx”和“Cx”，“Lx”接被测线圈或辅助线圈（测 量电容时）；“Cx”接被测电容等由被测线圈（或辅助线圈）与标准电容器（或包括被 测电容器）组成一个串联谐振回路。