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详解品质因数计

品质因数计通过测量谐振频率下的串联电阻确定谐振电路、晶体或谐振器的品质因数Q。品质因数Q与串联电阻之间的关系可通过下列两个简单的方程式计算出来(Rs为串联电阻,L和C为电抗元件,Fr为谐振频率):本品

品质因数计经过丈量谐振频率下的串联电阻确认谐振电路、晶体或谐振器的品质因数Q。品质因数Q与串联电阻之间的联系可经过下列两个简略的方程式核算出来(Rs为串联电阻,L和C为电抗元件,Fr为谐振频率):

本品质因数计有以下几个不同之处:可以直接显现串联电阻的值,并根据一个串联调谐振动器树立。


在本实例中,串联调谐的拓扑结构更胜一筹是因为该结构在L和C之间一般节点并未引起自身的阻尼,还因为校准的负阻力将谐振回路的串联电阻彻底消除了。因而,这种负阻力仅仅是谐振电路的丢失,别无其他。


电路描绘


该电路以跨四拓扑结构为根底(参考文献1):Q1至Q4构成四元组,该电路经过撤销寄生参数在Q3与Q4的发射极之间组成一个零电阻。


在本实例中,为了使该电路发挥谐振器的效果,做了如下修正:运用齐纳管D1~D4来确保晶体管有满足的C-E动力确保正常运转,别的经过电池P1发生可调理正反馈(正反馈从Q2的集电器中发生并流入其底端,这便是新式反向跨四拓扑结构的作业形式)。


经此修正,P1滑臂和接地之间的电阻与Q3和Q4之间的发射极电阻成反比。当该电阻的巨细与谐振回路电阻持平时,该电路便开端谐振。四元组中其他臂中的电流被R1阻拦,使二极管检波器D6/D7上发生电压,并在J1上发生输出电压。D7为峰值检波器,D6为候补峰值检波器。当检测到信号时,D7添加U1b(-)输入的电压,一起削减输出,点亮D8。


该跨四拓扑结构由Q5和Q6两个电流源供给偏压电流,在U1a的协助下精确供给5mA的电流。该偏压电流还流经P1,一起导致电压下降,下降的值等于分压计设定值与5mA相乘的乘积。


R15/R16将此电压分为五份传送至毫伏计,毫伏计上显现的值为分压计的精确值,单位为欧姆。运用该办法可以精确地显现实践电流值,而不需要运用大约值或进行更多的运算。假如要核算谐振频率,可将一个频率计衔接至J1。


开关x1/x10可以经过与R8并联来减小分压计的表观值,将满标值由220Ω降至22Ω。因为C7阻隔了直流电流,显现值并不会受影响,仍可以全分辨率显现。


现在,咱们来解释一下各组件的功用:L1~L3、R2~R7、C2和C4均用于坚持电路的安稳,一起按捺不必要的振动。假如没有这些组件,该电路或许会以特高频频率振动。几厘米长的测验端子形成了一个开放式传输线路,该线路具有自己的谐振频率,且因为其品质因数Q值很高,其在电路中总是处于主导地位。


其它附加组件约束了频率规模:在本实例中,最大可用频率约为100MHz(坚持可接受的精度)。这是在功能和可用性之间的权衡。L1~L3为电感约为80nH(50Ω)的铁氧体磁珠。毋庸置疑,为确保电路安稳正常运转,出色的布局技能是不可或缺的。


调理


在没有振动发生的状况下,需调理TR2使LEDD8处于封闭状况,以便其可以在发生振动时敏捷点亮。


可运用1MHz~10MHz规模内的高质量调谐电路(聚苯乙烯或银云母电容,低损耗电感器)来调理TR1。预设TR1在其滑臂和-12V之间读取0.5V电压;在22Ω(x1)规模内丈量该振动电路并记下丈量值;然后,将一个无电感10Ω精确电阻与LC串联在一起;将P1调整为新的数值,并使TR1可以读取10Ω与开始丈量值之和;再查看一下整个流程:通常状况下,该电路会很快聚合,一个或两个通路便满足。查看指示灯是否与x10规模共同。


运用须知


运用某些类型的组件之后,有时会呈现不置可否的状况:当在低频电路中运用某些类型的谐振器时就会呈现这种状况。


低频率下,组件体积很大,电感器的并联电容也比较大。这种布线办法及电容形成了一种更高频率的“鬼魂”谐振电路,该电路的品质因数Q要高于“惯例”电路,这是因为低频电感器具有较高的等效串联电阻(ESR)。所有这些都意味着测验者会首先发现甚高频(VHF)谐振,但这并不是电路毛病,而是很正常的现象。


为使电路仅在低频率下运转,需在电路中运用大型铁氧体磁珠以“消除”高频(HF)呼应。图1中(图1请在www.ednchina.com上查找)展现了一种切实可行的完结办法:测验端子为直连PCB的螺旋型端子。在甚高频条件下这些端子可以直接运用;但在一般状况下,这些端子可以运用绷簧夹延伸,这样运用愈加快捷,此外每个衔接中都串联了一个大型铁氧体磁珠(1μH/600Ω)。这样,电路就可以在低于10MHz频率下高效运转。


运用机械谐振器时或许还会呈现相同的问题:动态参数会被物理电容分流,而这种电容会与衔接长度发生共振。对陶瓷谐振器来说,尤其是这样,因为陶瓷谐振器的电容量比晶体谐振器的电容量大的多。而弥补办法与上述办法相同:在电路中添加额定的珠状高频阻尼,或许运用被电阻器分流的电感器。


运用晶体也相同有其自身的问题。晶体的品质因数Q很大,导致其时刻系数也很大。本测验中未计入剩余丢失,所以将清楚明了的品质因数Q和时刻系数添加到了无限大。在正确设置P1后,振动会积累长达一分钟时刻。这使调整作业近乎不或许完结—即便以很慢的速度翻开P1,当LED灯亮时,得到的数值也会比正确数值大许多。


在这种状况下,最简略的解决办法便是将一个示波器衔接到J1,一起调查振幅并手动进行增益操控:改动很缓慢,所以很简单进行手动调整。其间,振动器彻底起到了积分器的效果。


其它运用


因为自身撤销了寄生参数,该振动器拓扑结构可以供给出色的安稳性,也可以运用到其他运用中(如近程检测器),假如运用的是灵敏元件,该电路具有电理性;假如L和C之间的一般节点为输入节点,则该电路具有电容性。


在不考虑并联%&&&&&%等寄生要素的状况下,该电路还可以精确地找出晶体的精确天然谐振(串联状况下)。

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