第8讲阻抗测量.ppt
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8.3.2 Q表的原理 Q表是基于LC串联回路谐振特性的测量仪器。 Q表由三部分组成： 高频信号源、 LC测量回路和指示器。 图8.3-4 Q表的原理 信号源内阻抗Zs=Rs+jXs的存在将直接影响Q表的测量精度。 为了减少信号源内阻抗对测量的影响， 常采用三种方式将信号源接入谐振回路： 电阻耦合法、 电感耦合法和电容耦合法。 图8.3-4 Q表的原理 由于电容耦合法中的耦合电容成为串联谐振电路中的一部分， 因此， 可变电容C与被测电感的关系已不是简单的串联谐振关系， 这会造成可变电容C的刻度读数较复杂，另外为了减少信号源内阻抗的影响，要求耦合电容的容抗很小，因此电容耦合法仅适用于高频Q表。 采用电阻耦合法的Q表： 信号源经过一个串联大阻抗Z接到一个小电阻RH上。 RH的大小一般为(0.02~0.2)Ω， 常称为插入电阻。 图8.3-5 采用电阻耦合法的Q表的原理图 一般利用热偶式高频电流表的热电偶的加热丝作为RH。 当高频电流通过RH使热丝加热时， 便在热电偶中产生一个直流热电动势。 图8.3-5 采用电阻耦合法的Q表的原理图 由于RH的值远远小于回路阻抗的值及Z的值， 因此， 在调谐过程中RH两端电压Ui基本上保持不变。 由 (8.3-6) 可知： (8.3-14) (8.3-14) 若保持回路的输入电压Ui大小不变， 则接在电容C两端的电压表就可以直接用Q表值来标度。 (8.3-14) 若使Ui减少一半， 则由式(8.3-14)可知， 同样大小的UC0所对应的Q值比原来增加一倍， 故接在输入端的电压表可用作Q值的倍乘指示。 实际的Q表， 电压Ui和UC的测量是通过一个转换开关用同一表头来完成的， 如图8.3-4所示。 电感L1和L2构成一分压器。 在已知分压比的情况下， 由电压表V1的读数可知道电感L2两端的电压Ui， 因此电压表V1同样起着Q值倍乘的作用。 电感耦合法的Q表： 图8.3-6 电感耦合法的Q表原理图 L2的电感量很小， 大约为(10-10~10-3)H， 其引入测量回路中的电阻比电阻耦合法引入的电阻要小得多， 因而回路中引入电阻造成的Q值测量误差将小得多， 提高了Q值的测量精度。 通常电感耦合法的Q表适用于超高频频段。 图8.3-6 电感耦合法的Q表原理图 8.3.3 元件参数的测量 利用Q表测量元件参数的简单方法是将被测元件直接跨接到测试接线端， 称为直接测量法。 图8.3-5和图8.3-6也是直接测试电感线圈的原理图。 图8.3-6 电感耦合法的Q表原理图 图8.3-5 电阻耦合法的Q表原理图 通过调节信号源的频率或调节回路的可变电容使回路发生谐振， 由电容器两端的电压表可直接读出Q值， 然后乘上倍乘值即可得到电感线圈的Q值。 图8.3-6 电感耦合法的Q表原理图 图8.3-5 电阻耦合法的Q表原理图 由Q表中测量回路本身的寄生参量及其他不完善性对测量结果所产生的影响， 称为残余效应， 由此而导致的测量误差称为残差。 由于直接测量法不仅存在系统测量误差， 还存在残差的影响， 因此一般采用比较法进行测量。 比较法可以较为有效地消除系统测量误差和残差的影响。 比较法又分为串联比较法和并联比较法， 前者适用于低阻抗的测量， 后者适用于高阻抗的测量。 当电感线圈的电感量较小或电容器的电容量很大时， 属于低阻抗测量， 需要串联比较法测量元件参数。 LK为已知的辅助线圈； RK为其损耗电阻；ZM=RM+jXM， 为被测元件阻抗。 由于电阻RH很小， 因此在讨论中忽略其影响。 图8.3-7 串联比较法原理图 首先用一短路线将被测元件ZM短路， 调节电容C， 使回路谐振。 设此时的电容量为C1， 被测得的品质因数为Q1。 根据谐振时回路特性， 得： (8.3-15) 8.2.4 电桥的电源和指示器 交流电桥的信号源应该是交流电源。 理想的交流电源应该是频率稳定的正弦波。 当信号源的波形有失真时(即含有谐波)， 电桥的平衡将非常困难。 因为在一般情况下， 电桥平衡仅仅是对基波而言的。 若谐波分量较大， 那么当通过指示器的基波电流为零时， 谐波电流却使指示器不为零， 导致测量误差。 为了消除谐波电流的影响， 除了要求信号源有良好的波形外， 往往还应在指示器电路中加装选择性回路， 以便消除谐波成分。 一般情况下， 阻抗的模和幅角都与频率有关， 平衡条件仅在某个确定的频率下才能满足， 因此， 信号源的频率必须十分稳定。 交流电桥中的指示器通常为耳机、 放大器和示波器。
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