高頻表及其應(yīng)用

1、高頻表及其應(yīng)用 1第1頁，共21頁，2022年，5月20日，1點20分，星期五1.Q表的組成及工作原理 諧振法構(gòu)成的測量儀器稱為Q表，適合在高頻狀態(tài)下測量電容量、電感量、電容損耗因數(shù)、諧振回路或電感品質(zhì)的因數(shù)。它由測量回路、信號源、耦合回路及Q值電壓表等部分組成，圖1為Q表工作原理圖，設(shè)測量回路電流有效值、總電感、總電容為I、L、C。 Q表各組成部分的作用如下：信號源耦合回路Q值電壓表LxR+Us測量回路圖1 Q表工作原理圖CxuAR2R11234CsIoI2第2頁，共21頁，2022年，5月20日，1點20分，星期五（1）信號源信號源為正弦信號源，其振蕩頻率范圍即為Q表工作頻率范圍。（2）耦

2、合回路它將信號源輸出的信號饋入到測量回路，其耦合方式通常為電阻耦合方式，稱之為插入電阻，為減小信號源對測量回路的影響，要求耦合電阻R2要很小（如0.04）。高頻段、超高頻段Q表則分別選用電容、電感作為Q表耦合元件。信號源耦合回路Q值電壓表LxR+Us測量回路圖1 Q表工作原理圖CxuAR2R11234CsIoI3第3頁，共21頁，2022年，5月20日，1點20分，星期五（3）Q值電壓表即Q值刻度的電壓表，用于指示Q值大小。當(dāng)Q值電壓表指示電壓最大時，測量回路處于諧振狀態(tài)。信號源耦合回路Q值電壓表LxR+Us測量回路圖1 Q表工作原理圖CxuAR2R11234CsIoI4第4頁，共21頁，20

3、22年，5月20日，1點20分，星期五（4）測量回路即LC諧振回路，它由電感、電容及回路等效損耗電阻R組成。Q表就是根據(jù)該回路的諧振特性來測量的。如果測量回路處于諧振狀態(tài)，則存在如下關(guān)系： I=Us/R=UL/XL=UC/XC Q=XL/R=XC/R Q=UC/Us=UL/Us信號源耦合回路Q值電壓表LxR+Us測量回路圖1 Q表工作原理圖CxuAR2R11234CsIoI（6-9）5第5頁，共21頁，2022年，5月20日，1點20分，星期五可見，在Us一定時，電壓表可以刻度成為Q值指示器；改變Io值可以擴大品質(zhì)因數(shù)的測量范圍，電流表則變成了Q值倍乘指示器。 6第6頁，共21頁，2022年，

4、5月20日，1點20分，星期五2 測量電感 諧振法測量電感，除了依據(jù)式（6-9）直接測量（直接法）外，還包括串聯(lián)替代法和并聯(lián)替代法。 2.1 串聯(lián)替代法 串聯(lián)替代法適合測量小電感，如圖2所示，圖中信號源與測量回路之間采用的互感耦合方式為松耦合，否則，信號源內(nèi)阻將嚴(yán)重影響測量回路的諧振特性而產(chǎn)生諧振點誤判。其測量步驟如下： Lx圖2 串聯(lián)替代法測量電感原理圖M1234CsL信號源V7第7頁，共21頁，2022年，5月20日，1點20分，星期五直接法用直接法測試電感量的電路圖如下所示，選用已知標(biāo)準(zhǔn)電容Cs和被測電感Lx組成諧振回路，調(diào)節(jié)振蕩電路的輸出頻率，當(dāng)電壓表的讀數(shù)達(dá)最大，即諧振回路達(dá)到串聯(lián)諧

5、振狀態(tài)。這時振蕩電路輸出信號的頻率f 將等于測量回路的固有頻率fo，即 圖 諧振法的基本電路由此可求得電容Lx值 用直接法測得的電感量是有誤差的，上式的電容值還包括線圈的分布電容和引線電容，而標(biāo)準(zhǔn)可變電容的刻度中不包括這兩項電容值，使測試結(jié)果為正誤差，即測試值大于實際值。若要消除誤差，應(yīng)采用替代法。 8第8頁，共21頁，2022年，5月20日，1點20分，星期五將1、2端短接，調(diào)節(jié)Cs到較大電容C1位置，調(diào)節(jié)信號源頻率，使回路諧振，設(shè)諧振頻率為f0，此時滿足： （6-10） 去掉1、2之間的短路線，將Lx接入回路，保持信號源頻率f0不變，調(diào)節(jié)Cs至C2使回路重新諧振，此時滿足：（6-11） 求

6、解式（6-10）和式（6-11）組成的方程組，得：Lx圖2 串聯(lián)替代法測量電感原理圖M1234CsL信號源V9第9頁，共21頁，2022年，5月20日，1點20分，星期五 2.2 并聯(lián)替代法 并聯(lián)替代法適合測量大電感，始終將圖2中1、2兩端短接。其測量步驟如下： 不接入Lx，調(diào)小可變電容Cs為C1，調(diào)節(jié)信號源頻率使回路諧振，設(shè)諧振頻率為f0，此時滿足： （6-12） 將Lx接至3、4端，保持信號源頻率f0不變，調(diào)節(jié)Cs至C2使回路重新諧振，此時滿足：（6-13） 求解式（6-12）和式（6-13）組成的方程組，得： LxM1234CsL信號源V10第10頁，共21頁，2022年，5月20日，1

7、點20分，星期五 3 測量電容 諧振法測量電容，除直接法外，一般采用串聯(lián)替代法和并聯(lián)替代法。替代法可以有效地消除分布電容或引線電感所造成的影響。串聯(lián)替代法并聯(lián)替代法11第11頁，共21頁，2022年，5月20日，1點20分，星期五直接法用直接法測試電容量的電路圖如下所示，選用一適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)電感L，與被測電容Cx組成諧振電路，調(diào)節(jié)高頻振蕩電路的頻率，當(dāng)電壓表的讀數(shù)達(dá)最大，即諧振回路達(dá)到串聯(lián)諧振狀態(tài)。這時振蕩電路輸出信號的頻率f 將等于測量回路的固有頻率fo，即 圖 諧振法的基本電路由此可求得電容Cx值 由直接法測得的電容量是有誤差的，因為它的測試結(jié)果中包括了線圈的分布電容和引線電容，為了消除這些誤

8、差，宜改用替代法。 12第12頁，共21頁，2022年，5月20日，1點20分，星期五3.1 串聯(lián)替代法 串聯(lián)替代法適合測量大電容，如圖2所示。其測量步驟如下： 將1、2端短接，調(diào)小可變電容Cs為C1，調(diào)節(jié)信號源頻率使測量回路諧振，設(shè)諧振頻率為f0。 去掉短路線，將被測電容Cx接至1、2端，保持信號源頻率f0不變，調(diào)節(jié)Cs至C2使測量回路重新諧振。 上述兩步，測量回路中的電感以及前后兩次的諧振頻率未變，因此，前后兩次測量回路的等效電容值是相等的，即Lx圖2 串聯(lián)替代法測量電感原理圖M1234CsL信號源V13第13頁，共21頁，2022年，5月20日，1點20分，星期五3.2 并聯(lián)替代法并聯(lián)替

9、代法適合測量小電容，如圖2所示，圖中1、2端始終短接或接入一標(biāo)準(zhǔn)電感，其測量步驟如下：1）不接入被測電容Cx，調(diào)大可變電容Cs為C1，調(diào)節(jié)信號源頻率使測量回路諧振，設(shè)諧振頻率為f0。2）將被測電容接至3、4端，保持信號源頻率f0不變，調(diào)節(jié)Cs至C2使測量回路重新諧振。3）上述兩步，測量回路中的電感以及前后兩次的諧振頻率未變，因此，前后兩次測量回路的等效電容值是相等的，即 C1=C2+Cx Cx=C1C2Lx圖2 串聯(lián)替代法測量電感原理圖M1234CsL信號源V14第14頁，共21頁，2022年，5月20日，1點20分，星期五4 Q表實例及使用方法 圖6.2為QBG-3型Q表面板結(jié)構(gòu)圖，它的使用

10、方法如下：圖6.2QBG-3型Q表面板圖主調(diào)電容度盤Cx接線柱Lx接線柱開定位零位校直Q值范圍Q值零位校直Q1定位表Q值定位細(xì)調(diào)定位粗調(diào)波段開關(guān)頻率旋鈕pFL. f對照表微調(diào)CL15第15頁，共21頁，2022年，5月20日，1點20分，星期五4.1 測量準(zhǔn)備測量前先對定位表和Q值表進行機械調(diào)零，然后將定位粗調(diào)逆時針調(diào)到底，將“定位零位校直”和“Q值零位校直”置于中間，“微調(diào)（電容）”調(diào)到零，開機預(yù)熱10min。圖6.2QBG-3型Q表面板圖主調(diào)電容度盤Cx接線柱Lx接線柱開定位零位校直Q值范圍Q值零位校直Q1定位表Q值定位細(xì)調(diào)定位粗調(diào)波段開關(guān)頻率旋鈕pFL. f對照表微調(diào)CL16第16頁，共

11、21頁，2022年，5月20日，1點20分，星期五4.2 電感線圈Q值的測量將被測線圈接到Lx接線柱上；調(diào)節(jié)頻率旋鈕及波段開關(guān)至測量所需的頻率點；選擇合適的Q值擋級；調(diào)節(jié)“定位零位校直”旋鈕使定位表指示為零，調(diào)節(jié)定位粗調(diào)及定位細(xì)調(diào)旋鈕使定位表指針指到“Q1”處；調(diào)整主調(diào)電容度盤遠(yuǎn)離諧振點，再調(diào)節(jié)“Q值零位校直”使Q值表指針指在零點上，最后調(diào)解主調(diào)電容度盤和微調(diào)旋鈕使回路諧振（Q值表指示最大），則Q值表的示值即為被測線圈的Q值。圖6.2QBG-3型Q表面板圖主調(diào)電容度盤Cx接線柱Lx接線柱開定位零位校直Q值范圍Q值零位校直Q1定位表Q值定位細(xì)調(diào)定位粗調(diào)波段開關(guān)頻率旋鈕pFL. f對照表微調(diào)CL1

12、7第17頁，共21頁，2022年，5月20日，1點20分，星期五4.3 電感量的測量首先估計一下被測線圈的電感量，按照表2選出對應(yīng)頻率，再調(diào)節(jié)波段開關(guān)及頻率旋鈕使信號源頻率達(dá)到所需頻率值；將“微調(diào)”置于零點，調(diào)節(jié)主調(diào)電容度盤使Q值表指示最大。此時，被測線圈的電感量等于主調(diào)電容度盤上讀出的電感值乘以L、f、倍率對照表中的倍率。表2 L、f、倍率對照表電感倍率頻率0.11H0.125.2MHz1.010H17.95MHz10100H102.52MHz0.11.0mH0.1795kHz1.010mH1252kHz10100mH1079.5kHz18第18頁，共21頁，2022年，5月20日，1點20

13、分，星期五4.4 線圈分布電容的測量將主調(diào)電容度盤調(diào)至某一適當(dāng)電容值上（一般為200pF），記為C1；再調(diào)節(jié)波段開關(guān)及頻率旋鈕使Q值表指示最大，即找到諧振點f1；重新調(diào)節(jié)波段開關(guān)、頻率旋鈕使信號源頻率為f1的兩倍，然后調(diào)節(jié)主調(diào)電容度盤使Q值表指示最大，記為C2。則分布電容量C0可由下式計算： C0=(C14C2)/34.5 電容量的測量被測電容量大小不同，其測量方法也不同。主要有以下兩種情況：（1）小于460pF電容的測量19第19頁，共21頁，2022年，5月20日，1點20分，星期五可以采用并聯(lián)替代法來測量。從Q表附件中選取一只電感量大于1mH的標(biāo)準(zhǔn)電感接至Lx接線柱，將“微調(diào)”調(diào)到零，主調(diào)電容度盤調(diào)至最大（500pF），記為C1；然后調(diào)節(jié)“定為零位校直”和“Q值零位校直”旋鈕使定位表及Q值表指示為零，再調(diào)節(jié)定位粗調(diào)及定位細(xì)調(diào)旋鈕使定位表指針指在“Q1”處；最后調(diào)節(jié)頻率旋鈕及波段開關(guān)，使Q值表指示最大。將被測電容接至Cx接線柱，重調(diào)主調(diào)電容度盤使Q值表指示最大，此時度盤讀數(shù)為C2，則被測電容C