高頻表及其應用

高頻表及其應用1第一頁，共二十一頁，2022年，8月28日1.Q表的組成及工作原理諧振法構成的測量儀器稱為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、諧振回路或電感品質的因數。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1Q表工作原理圖CxuAR2R11234CsIoI2第二頁，共二十一頁，2022年，8月28日（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0.04Ω）。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1Q表工作原理圖CxuAR2R11234CsIoI3第三頁，共二十一頁，2022年，8月28日（3）Q值電壓表即Q值刻度的電壓表，用于指示Q值大小。當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1Q表工作原理圖CxuAR2R11234CsIoI4第四頁，共二十一頁，2022年，8月28日（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)，則存在如下關系：

I=Us/R=UL/XL=UC/XCQ=XL/R=XC/RQ=UC/Us=UL/Us信號源耦合回路Q值電壓表LxR+－Us測量回路圖1Q表工作原理圖CxuAR2R11234CsIoI（6-9）5第五頁，共二十一頁，2022年，8月28日可見，在Us一定時，電壓表可以刻度成為Q值指示器；改變Io值可以擴大品質因數的測量范圍，電流表則變成了Q值倍乘指示器。6第六頁，共二十一頁，2022年，8月28日2測量電感諧振法測量電感，除了依據式（6-9）直接測量（直接法）外，還包括串聯替代法和并聯替代法。

2.1串聯替代法串聯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，信號源內阻將嚴重影響測量回路的諧振特性而產生諧振點誤判。其測量步驟如下：

Lx圖2串聯替代法測量電感原理圖M1234CsL信號源V7第七頁，共二十一頁，2022年，8月28日直接法用直接法測試電感量的電路圖如下所示，選用已知標準電容Cs和被測電感Lx組成諧振回路，調節(jié)振蕩電路的輸出頻率，當電壓表的讀數達最大，即諧振回路達到串聯諧振狀態(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，而標準可變電容的刻度中不包括這兩項電容值，使測試結果為正誤差，即測試值大于實際值。若要消除誤差，應采用替代法。8第八頁，共二十一頁，2022年，8月28日①將1、2端短接，調節(jié)Cs到較大電容C1位置，調節(jié)信號源頻率，使回路諧振，設諧振頻率為f0，此時滿足：（6-10）

②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，調節(jié)Cs至C2使回路重新諧振，此時滿足：（6-11）③求解式（6-10）和式（6-11）組成的方程組，得：Lx圖2串聯替代法測量電感原理圖M1234CsL信號源V9第九頁，共二十一頁，2022年，8月28日

2.2并聯替代法并聯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：①不接入Lx，調小可變電容Cs為C1，調節(jié)信號源頻率使回路諧振，設諧振頻率為f0，此時滿足：（6-12）②將Lx接至3、4端，保持信號源頻率f0不變，調節(jié)Cs至C2使回路重新諧振，此時滿足：（6-13）③求解式（6-12）和式（6-13）組成的方程組，得：

LxM1234CsL信號源V10第十頁，共二十一頁，2022年，8月28日

3測量電容諧振法測量電容，除直接法外，一般采用串聯替代法和并聯替代法。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。串聯替代法并聯替代法11第十一頁，共二十一頁，2022年，8月28日直接法用直接法測試電容量的電路圖如下所示，選用一適當的標準電感L，與被測電容Cx組成諧振電路，調節(jié)高頻振蕩電路的頻率，當電壓表的讀數達最大，即諧振回路達到串聯諧振狀態(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，因為它的測試結果中包括了線圈的分布電容和引線電容，為了消除這些誤差，宜改用替代法。12第十二頁，共二十一頁，2022年，8月28日3.1串聯替代法串聯替代法適合測量大電容，如圖2所示。其測量步驟如下：①將1、2端短接，調小可變電容Cs為C1，調節(jié)信號源頻率使測量回路諧振，設諧振頻率為f0。②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Lx圖2串聯替代法測量電感原理圖M1234CsL信號源V13第十三頁，共二十一頁，2022年，8月28日3.2并聯替代法并聯替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準電感，其測量步驟如下：1）不接入被測電容Cx，調大可變電容Cs為C1，調節(jié)信號源頻率使測量回路諧振，設諧振頻率為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+CxCx=C1－C2Lx圖2串聯替代法測量電感原理圖M1234CsL信號源V14第十四頁，共二十一頁，2022年，8月28日4Q表實例及使用方法圖6.2為QBG-3型Q表面板結構圖，它的使用方法如下：圖6.2QBG-3型Q表面板圖主調電容度盤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Q×1定位表Q值定位細調定位粗調波段開關頻率旋鈕pFL.f對照表微調CL15第十五頁，共二十一頁，2022年，8月28日4.1測量準備測量前先對定位表和Q值表進行機械調零，然后將定位粗調逆時針調到底，將“定位零位校直”和“Q值零位校直”置于中間，“微調（電容）”調到零，開機預熱10min。圖6.2QBG-3型Q表面板圖主調電容度盤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Q×1定位表Q值定位細調定位粗調波段開關頻率旋鈕pFL.f對照表微調CL16第十六頁，共二十一頁，2022年，8月28日4.2電感線圈Q值的測量將被測線圈接到Lx接線柱上；調節(jié)頻率旋鈕及波段開關至測量所需的頻率點；選擇合適的Q值擋級；調節(jié)“定位零位校直”旋鈕使定位表指示為零，調節(jié)定位粗調及定位細調旋鈕使定位表指針指到“Q×1”處；調整主調電容度盤遠離諧振點，再調節(jié)“Q值零位校直”使Q值表指針指在零點上，最后調解主調電容度盤和微調旋鈕使回路諧振（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Q×1定位表Q值定位細調定位粗調波段開關頻率旋鈕pFL.f對照表微調CL17第十七頁，共二十一頁，2022年，8月28日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選出對應頻率，再調節(jié)波段開關及頻率旋鈕使信號源頻率達到所需頻率值；將“微調”置于零點，調節(jié)主調電容度盤使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2L、f、倍率對照表電感倍率頻率0.1～1μH×0.125.2MHz1.0～10μH×17.95MHz10～100μH×102.52MHz0.1～1.0mH×0.1795kHz1.0～10mH×1252kHz10～100mH×1079.5kHz18第十八頁，共二十一頁，2022年，8月28日4.4線圈分布電容的測量將主調電容度盤調至某一適當電容值上（一般為200pF），記為C1；再調節(jié)波段開關及頻率旋鈕使Q值表指示最大，即找到諧振點f1；重新調節(jié)波段開關、頻率旋鈕使信號源頻率為f1的兩倍，然后調節(jié)主調電容度盤使Q值表指示最大，記為C2。則分布電容量C0可由下式計算：

C0=(C1－4C2)/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第十九頁，共二十一頁，2022年，8月28日可以采用并聯替代法來測量。從Q表附件中選取一只電感量大于1mH的標準電感接至Lx接線柱，將“微調”調到零，主調電容度盤調至最大（500pF），記為C1；然后調節(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，再調節(jié)定位粗調及定位細調旋鈕使定位表指針指在“Q×1”處；最后調節(jié)頻率旋鈕及波段開關，使Q值表指示最大。將被測電容接至Cx接線柱，重調主調電容度盤使Q值表指示最大，此時度盤讀數為C2，則被測電容Cx等于：