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。它是由LC谐振回路、高频振荡电路和谐振指示电路三部分组成。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 由此可求得电容Cx值，
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：
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，只能测试电容量小于460pF的电容。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。
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
CS1+C已知=CS2+Cx
即可求得被测电容Cx的值为:
Cx=CSl-CS2 +C已知
（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小镇论坛所示。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
CS12013诺贝尔文学奖获得者=l/(1/CS2+1/Cx)
即可测得被测电容Cx的值为
Cx=(CS1•CS2)(CS2-CS1)
（二）电感量的测试
1．直接法
在图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 可得被测电感Lx的值为
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 。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 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 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。测小电感时用图所示的串联替代法，测大电感时用图的并联替代法。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)
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Cl、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陈布雷1和f2，可计算品质因数Q=fo / (f2-f1)。
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，因为其中包含有谐振测试法所需用的各项设备，所以还可以用它进行其他项目的谐振法测试。
Q表的基本电路
Q表的基本原理图如图。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U1之间关系U2=QU1，可得，
Q=U2/U1
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U1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U1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=QU1这一基本关系式可见，因为U2和Q之间的比例常数为U1，改变U1的大小可以改
变Q表量程。U1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Ul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±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。
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。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。
伏羲八卦拳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1.96Ω、0.04Ω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“Q×1”上时，宽带低阻分压器的输入电压为500mV，通过分压，从0.04Ω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0.04Ω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．测试回路理事会决议
测试回路中有两个标准可变电容器，一个是主调电容器（2×小夜曲托斯蒂250pF），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。当调节标准可变电容器的电容量或振荡电路的频率，使串联谐振回路谐振时，作谐振指示器的电子电压表指示最大。
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