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新型品质因数计

新型品质因数计

关键字: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):



本品质因数计有以下几个不同之处:可以直接显示串联电阻的值,并基于一个串联调谐振荡器建立。

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之间普通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完全消除了。因此,这种负阻力仅仅是谐振电路的损失,别无其他。

电路描述

该电路以跨四拓扑结构为基础(参考文献1):Q1至Q4构成四元组,该电路通过取消寄生参数在Q3与Q4的发射极之间合成一个零电阻。

在本实例中,为了使该电路发挥谐振器的作用,做了如下修改:使用齐纳管D1~D4来确保晶体管有足够的C-E动力保证正常运行,另外通过电池P1产生可调节正反馈(正反馈从Q2的集电器中产生并流入其底端,这就是新型反向跨四拓扑结构的工作模式)。

经此修改,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。当该电阻的大小与谐振回路电阻相等时,该电路便开始谐振。四元组中其他臂中的电流被R1拦截,使二极管检波器D6/D7上产生电压,并在J1上产生输出电压。D7为峰值检波器,D6为替补峰值检波器。当检测到信号时,D7增加U1b(-)输入的电压,同时减少输出,点亮D8。

该跨四拓扑结构由Q5和Q6两个电流源提供偏压电流,在U1a的帮助下精确提供5mA的电流。该偏压电流还流经P1,同时导致电压下降,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,毫伏计上显示的值为分压计的精确值,单位为欧姆。使用该方法可以准确地显示实际电流值,而不需要使用大约值或进行更多的运算。如果要计算谐振频率,可将一个频率计连接至J1。

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

现在,我们来解释一下各组件的功能:L1~L3、R2~R7、C2和C4均用于维持电路的稳定,同时抑制不必要的振荡。如果没有这些组件,该电路可能会以特高频频率振荡。几厘米长的测试端子形成了一个开放式传输线路,该线路拥有自己的谐振频率,且由于其品质因数Q值很高,其在电路中总是处于主导地位。

其它附加组件限制了频率范围:在本实例中,最大可用频率约为100MHz(保持可接受的精度)。这是在性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,为保证电路稳定正常运行,良好的布局技术是不可或缺的。
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