Q表的应用

根据谐振原理制成的一种能直接读出线圈Q值的仪器，称为Q表。它是测量高频电路元件参数的重要仪器，除测量线圈Q值的基本用途以外，还可以测量线圈的电感、分布电容、电容器容量、介质损耗因数和任何未知阻抗，等等。

Q表的基本原理如图1方框图所示。被测线圈（视在参量为L\(_{x}\)与Rx）与Q表内部的标准电容器C\(_{s}\)组成一个串联谐振回路；由Q表内部的可变高频振荡器供给一个一定大小的高频电压u1，加入串联谐振回路，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管电压表，作为谐振指示器。

调节可变高频振荡器的频率或标准可变电容器的电容，使串联谐振回路谐振，当时并联在标准可变电容器上的电子管电压表的指示最大。按照谐振回路的原理，最大电压u\(_{2}\)和输入回路的电压u1之间的关系为：u\(_{2}\)=Qu1，即u\(_{2}\)为u1的Q倍。

Q是串联谐振回路的品质因数。由于①标准可变电容器C\(_{8}\)的损耗与一般线圈的损耗比较可以忽略，②电子管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，③输入电压u1的内部电阻与一般线圈的有效串联电阻R\(_{x}\)比较可以忽略，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u\(_{1}\)的大小保持一定（譬如取u1为0.01伏），u\(_{2}\)即比例于被测线圈的Qx值（假使u\(_{2}\)为0．l伏，则Qx为10；假使u\(_{2}\)为0.5伏，则Qx为50；假使u\(_{2}\)为1伏，则Qx为100；……），因此可以将电子管电压表的度盘直接按Q值刻度。这样刻度以后，在测量时便可以直接读出Q值。

由u\(_{2}\)=Qxu\(_{1}\)这一基本关系式可见，因为u2和Q\(_{x}\)之间的比例常数为u1，所以改变u\(_{1}\)的大小可以改变Q表的量程。所加u1愈小（若u\(_{1}\)由原来的0.01伏减小到0.005伏），则同一u2值（例如u\(_{2}\)=1伏）所代表的Q值愈大（原来代表Q值为100，现在代表Q值为200），所以Q表的量程能借u1的减小而扩大。

常用国产Q表为QBG—2型高频Q表，其测量Q值的范围是10—600，误差不超过±12％或±8％。测量电感的范围是0.1微亨—10毫亨，误差±2％—±5％。测量电容的基本范围是1—460微微法，误差不大于±15％。其简化方框图如图2所示，它包括有高频振荡器，串联谐振回路，电子管电压表和电源供给器等四个组成部分。

高频振荡器分六个波段（100—300千赫， 300—900千赫，900—2500千赫，2.5—6兆赫，6—15兆赫，15—30兆赫），每个波段的频率可以借可变电容器连续调节。高频振荡器的输出通过电感耦合加到串联谐振回路上，借调节高频振荡管的屏极及帘栅极直流电压，以控制一定大小的高频电压加入串联谐振回路。该控制旋钮称为“优值倍率”，作变换Q值的量程用。

加在标准电阻R\(_{15}\)及R16上的高频电压，由一个作监视器的电子管电压表测量，用以监视引入串联谐振回路的高频电压的大小。R\(_{15}\)，R16组成分压器，从R\(_{16}\)上取出的电压加到串联谐振回路上。串联谐振回路中有两个标准可变电容器C18（500pf）和C\(_{19}\)（±3pf）；有两对接线柱Lx和C\(_{x}\)，分别接被测线圈（或辅助线圈）和被测电容，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或高频振荡器的频率，使串联谐振回路谐振时，作谐振指示器的电子管电压表指示最大。

仪器中作为监视器和谐振指示器用的两个电子管电压表，由一个公用的直流电子管电压表担任。仪器有两个不同的检波器，将不同的高频交流电压u\(_{1}\)和u2分别转变成相应的直流电压。检波器1和检波器2与直流电子管电压表之间的联系，由“优值范围”开关S控制。“代值范围”开关有三个位置；第一个位置是“倍率”，代表直流电子管电压表接在检波器1之后，作为监视器用；第二、三两个位置（方框图中画成为一个位置）是“10—100”和“20—300”，代表直流电子管电压表接在检波器2之后，作谐振指示器用。当“优值范围”开关在“倍率”位置时，直流电子管电压表的指示即代表加在R\(_{15}\)，R16两端的电压大小。

变换Q值量程用的“优值倍率”电位器（在电路图中为R\(_{38}\)），旋钮通常调节在使电表指针指示在“×l”或“×2”的红线上，当时代表加在串联谐振回路上的电压（R16二端的电压）为0.01伏或0.005伏。当“优值范围”开关在“10—100”或“20—300”位置时，直流电子管电压表作谐振指示器。在谐振时，电压表的指示即代表被测线圈Q\(_{x}\)值的大小。“优值范围”开关在“10—100”和“20—300”两个不同位置时代表直流电子管电压表的不同灵敏度。我们可以改变电压表的灵敏度来改变Q表的量程。开关在“10—100”或“20—300”时，Qx值读数要分别从电表上两条不同的刻度上读出。Q\(_{x}\)值的大小还要根据监视器的读数确定。若监视器的读数为×1，则Qx值直接按电表刻度读数。若监视器读数为×2，则根据电表刻度读出的Q\(_{x}\)值应乘以2倍。

（一）测量线圈的电感值L\(_{x}\)

Q表在测量被测线圈Q值的同时，能够从标准可变电容量及高频振荡器的刻度盘上读出与被测线圈相谐振时的C\(_{s}\)值和频率f0值。按照熟知的关系式：

可以算出被测线圈的电感值L\(_{x}\)。

实际上为了能够直接读数，通常是在某些指定频率上进行电感测量。在频率已经指定的情况下L\(_{x}\)与Cs成反比例的关系，所以在标准可变电容器C\(_{s}\)的刻度盘上可附加直读电感的刻度，以免除计算的麻烦。

（二）测量线圈的分布电容C\(_{d}\)

被测线圈接在Q表的C\(_{x}\)接线柱上，与标准可变电容器组成并联谐振回路，同时将Lx接线柱短路。将标准可变电容器放在电容量甚大的刻度位置（C\(_{s1}\)），调节高频振荡器的频率到f1，使并联谐振回路谐振，这时得：

然后将高频振荡器的频率调节到f\(_{2}\)=2f1，并减小标准可变电容器的电容量到C\(_{s2}\)，使并联谐振回路又谐振，这时得：

因为f\(_{2}\)=2f1，所以

将上述两次谐振时所得的式子相除得：

（三）测量电容器的电容量

1．并联代替法

首先将辅助线圈接在L\(_{x}\)接线柱上，与标准可变电容器组成串联谐振回路。标准可变电容器放在电容量甚大的刻度位置（Cs1）上，调节高频振荡器的频率使串联谐振回路谐振。然后将被测电容接在C\(_{x}\)接线柱上，与标准可变电容器并联，高频振荡器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C\(_{s1}\)=Cs2＋C\(_{x}\)，所以Cx=C\(_{s1}\)-Cs2。

通常标准可变电容器的电容变化范围有限，譬如QBG－2型高频Q表的标准可变电容器的电容量变化范围为460pf（从500pf变化到40pf），故按照上述测量方法只能测量电容量小于460pf的电容。测量大于460pf的电容时可以用串联代替法或借助一只已知电容量的电容作辅助元件，用并联代替法进行测量。

借助一只已知电容量的电容作辅助元件进行并联代替法测量时，应该根据被测电容器的大约数值选择一个适当的已知电容。必须使已知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。譬如用QBG－2型高频Q表测量被测电容量约为1000pf的电容时，须选择一个电容量大于540pf的已知电容作辅助元件，否则串联谐振回路借调节标准可变电容器无法恢复谐振。

测量时，首先把已知电容接在C\(_{x}\) 接线柱上，标准可变电容器放在电容量甚大的刻度位置（Cs1）上，调节高频振荡器的频率使串联谐振回路谐振。然后拆去C\(_{x}\)接线柱上的已知电容，接上被测电容。高频振荡器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C\(_{x}\)=C已知＋C\(_{s1}\)-Cs2。

2．串联谐振法

首先将辅助线圈接在L\(_{x}\)接线柱上，与标准可变电容器组成串联谐振回路，标准可变电容器放在电容量甚小的刻度位置（Cs1）上，调节高频振荡器的频率使串联谐振回路谐振。然后将被测电容与辅助线圈串联后接在L\(_{x}\)接线柱上，高频振荡器保持原来的频率不变，增加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

（四）测量电容器的介质损耗因数tgδx（在指定频率时）

电容量不超过Q表的标准可变电容器的电容量变化范围时，效率正常的电容器的介质损耗因数可以用Q表来测量。

首先调节高频振荡器的频率到指定的频率，选择适当电感量的线圈接在L\(_{x}\)接线柱上，与标准可变电容器组成串联谐振回路。调节标准可变电容器使串联谐振回路谐振，此时在电表上获得读数为Q1，在标准可变电容器度盘上获得的读数为C\(_{s1}\)。

然后将被测电容接在C\(_{x}\)接线柱上，与标准可变电容器并联。调节标准可变电容器，使串联谐振回路谐振，此时在电表上获得的读数为Q2，在标准电容器上获得的读数为C\(_{s2}\)。代入下式，便可求出被测电容器的损耗因数

（五）测量高频有效并联电阻R\(_{p}\) （在指定频率时）

同测量电容器损耗因数的方法一样，首先在指定频率下读得Q\(_{1}\)和Cs1，然后将被测电阻接在C\(_{x}\)接线柱上。此时在电表上获得的读数为Q2，便可求出被测的有效并联电阻

（六）测量低阻抗（在指定频率时）

低阻值电阻，大容量电容器的剩余电感和低电感等低阻抗都可以用Q表测量。同测量电容器损耗因数的方法一样，首先在指定频率下读得Q\(_{1}\)和Cs1，然后将被测元件和辅助线圈串联后接在L\(_{x}\)接线柱上，调节标准可变电容器使串联谐振回路恢复谐振，此时在电表上获得的读数为Q2，在标准可变电容器上获得的读数为C\(_{s2}\)，便可求出串联的低电阻Rx，低电感L\(_{x}\)。

（朱锡仁）