线圈的Q值

线圈是无线电设备里的基本元件之一，用途极广。收音机利用线圈所具有的感抗来完成滤波、谐振和耦合等各种工作，在这些工作中，我们希望线圈只有能量的转换而无能量的消耗，但实际绕成的线圈是达不到这个要求的。因为线圈不仅有感抗X\(_{L}\)，同时又有代表各项损耗的等效电阻RL；R\(_{L}\)包括导线电阻的损耗，高频集肤效应的损耗，邻扰效应造成的相邻导线的涡流损耗，线圈骨架（线圈筒）的介质损耗；等等。一个线圈的这些损耗愈小，愈接近于理想，也就是它的品质愈好。我们常用线圈的感抗XL和等效电阻R\(_{L}\)之比来表示线圈品质的好坏，这个比值叫做线圈的品质因数——“Q”用公式表示：

由公式可见，R\(_{L}\)比起XL来愈小，线圈的Q值愈高，表示这个线圈能量的损耗小，是一个较好的线圈。

拿谐振来说，大家都知道，谐振时在谐振回路的电容或电感上能得到较大的电压，这个电压是谐振回路输入电压的Q倍（图1）。所以Q值愈大，在同样输入电压的情况下，谐振元件上的电压就愈大，这样显然提高了收音机的灵敏度。另一方面，谐振时获得的较大电压，是只对频率与谐振回路的自然频率相同的电压而言的，其它频率的电压都受到衰减。Q值愈大，谐振电压比其它被衰减的电压愈大，因此，也提高了收音机的选择性。

不同的无线电设备对线圈的Q值有不同的要求，矿石收音机本身没有放大能力，放音强弱完全取决于天线上输入信号电压的大小，因此特别要求线圈有很高的Q以减少能量的损失。超外差式收音机已有很强的放大能力，所以对线圈的Q值无需象矿石机那样要求太苛。

1．导线直径：首先影响Q值大小的因素是导线的直径，细的导线在同一长度下比粗的导线电阻大，消耗能最多，Q值就低。实验证明：即使线圈的电感量相同，在相同的频率下测试时，用直径0.4毫米漆包线绕成的线圈，它的Q值为105，0.6毫米的为125，1.5毫米的为200（图2）。显见，应该挑选直径较大的导线来绕制绕圈。但是导线直径也不能无限增大，否则Q值非但不增，反而减小。原因是导线直径增大时直流电阻固然减少，但相邻导线间的磁场形成的涡流损耗，却随着导线截面的加粗而增大。所以总的来说，线圈导线直径过粗并不相宜。

2．线圈直径与长度的比值：线圈的直径较大，Q值也较大（图3）。这是因为在同样的电感量下，直径大的线圈圈数可以少些，减少了邻扰效应引起的涡流损失，同时直径大的线圈漏感也小。当线圈的直径与长度之比为2.46倍时，电感量最大（即这时用线最省，直流电阻最小），Q值就提高了。但是线圈的直径增加后，线圈的分布电容也随着增加，又带来了损耗，所以实用上线圈直径与长度之比常在2.46倍以下。

蜂房线圈厚度与长度的比最好是1:1，和线圈直径的比最好是1:3。

4．线圈骨架：普通线圈用圆纸筒做骨架，也有用胶木的。用不防潮纸筒做骨架时，一遇潮气侵入，线圈损耗增大，最好把纸筒用地腊浸渍，提高它的防潮性能。用胶木做成的线圈骨架，从防潮性能来说，比纸筒好，但有些胶木在高频时升质损耗很大，也不理想。最好是用高频陶瓷做的凸筋式线圈管，这种线圈骨架不但有优越的防潮性，介质损耗小，同时表面电阻很高，是一种理想的线圈架（图5）。

工作在短波波段的发信机以及超短波波段的收发信机和电视接收机等，线圈用线较粗，往往绕成不用骨架的空心线圈，撤底消除了线圈骨架对Q值的影响。

同样一个线圈，用相同的频率测试时，它们的Q值如下：未防潮纸筒110，防潮纸筒110；胶木管130，凸筋瓷管150，空心线圈168。将头两种纸筒受潮两小时后再测，末防潮纸筒线圈的Q值由110下降到65，而防潮纸筒纸圈的Q值仅下降到105。

5．线圈的绕法：线圈绕法不同，Q值有很大出入。一般线圈都用单层平绕和蜂房式两种（图6），蜂房式自绕困难，假使圈数不多，还以单层平绕为佳；如果圈数多，一定要叠绕时切勿将线圈多层平绕。试验证明，这种绕法是各种绕法中最影响Q值的。

线圈的绕法所以影响Q值，是绕法不同时绕圈的分布电容不同，邻扰效应引起的损失也不同的缘故。显然，单层平绕比多层平绕分布电容与邻扰效应的损失都要小些。

单层间绕线圈，即每绕一圈，隔开一定距离再绕下一圈，这种绕法可以大大减少分布电容的影响，适合于绕制频率较高、圈数较少的短波线圈。

6．导线的结构：收音机中工作在广播波段的线圈，为了减少集肤效应，常使用多股绞合线来增加导线的有效面积（图7甲），而大功率的发射机，为了不让导线加粗后涡流损失增大，常使用紫铜管来代替实心导线绕制线圈（图7乙）。这里应注意的是：使用在某一个波段中能够提高线圈Q值的方法，不一定适用于另一个波段，例如用多股绞合线绕频率超过2兆周的线圈时，就失去了它的优点。

7．外界条件的影响：要提高线圈的Q值，除了对上面几方面动脑筋以外，还要考虑外界条件对线圈Q值的影响，例如潮湿、安装是否合理等等。过度的潮湿对线圈Q值的影响很大，所以高级的收信机和仪器设备，对线圈都不得不采用极严密的防潮措施。

线圈安装不妥，也会降低它的Q值。在用隔离罩时，隔离罩不能太小（图8甲），它的直径一般比线圈的直径大1－2倍，长度比线圈高出一个直径的距离。当隔离罩太小时，会引起线圈很大的损失，同时也大大的改变了它的固有电感量。

不用隔离罩的线圈装在金属底板上时，它和周围的金属物至少应保持1－2倍于它本身直径的间隔。否则也会使它的电感量和Q值降低，道理和用不相宜的隔离罩是一样的（图8乙）。

由Q值的定义我们知道，所谓Q也就是在谐振回路上的电压与谐振元件上电压之比。只要测出这两个电压，Q值就知道了。根据前面的公式，我们可以改写成：

式中I为谐振时回路里的电流，U\(_{1}\)为谐振时电感元件上的电压，U2为等效电阻上的电压（在串联谐振时，这个电压等于谐振回路的外加电压）。

实际上有根据以上原理制成的专门用来测量Q的仪器——Q表。Q表不但可以测Q值，还可以测线圈的电感量、电容器的电容量，损耗、高频介质性能等等。但还是以测量Q值和电感量为主。

设计线圈时，当然要求它的Q值愈高愈好。但由于线圈本身的构造和装置时的外界条件对Q值的影响很多，而且好些条件还是互相错综制约的，在提高线圈的Q值时常常会受到一定的限制。所以实际制作时，常视不同的使用条件，给予不同的Q值要求，适当取舍，以达到比较满意而又切合实用的程度。（郑国川）