阻尼、Q值和带宽
如果已知谐振电路的阻尼电阻,就很容易计算出电路Q值及带宽。下面的例子说明如何使用LCFR程序解决一个实际问题。
如果你想用固定电感器组装一个用于1296kHz中波频率的天线滤波器(接收BBC、AM和DRM)。一种可能的方案是使用100u H的固定电感器和150pF的电容。程序计算出的谐振频率为1299.5kHz,误差约为3.5kHz,在允许范围内。程序也可以算出感抗RL约为800Ω。如果电感器的直流电阻(1.7Ω)作为串联电阻,用感抗RL去除,可得Q值约为500,大得很不现实,实际上,对于小的固定电感器,Q值一般在50左右。额外的阻尼是由于趋肤效应和磁芯损耗而引起的。
为了避免从天线来的能量过分损耗,滤波器主要经所连接电路作阻尼。这样就可以选择较低Q值,比如10。这样,也就可以将由于元件所引起的频率偏差限制在130kHz的带宽之内。可以通过并联一个8kΩ电阻使Q值成为10。
如果接收天线输入阻抗为50Ω,则阻抗转换器的比值必须为160。相应的电压变换比为&raDIC;160 =12.6。如果自己绕制,采用合适的抽头或耦合线圈就可以实现。当使用固定电感器制作谐振电路时,可以采用电容分压器,电路的基本形态见下图。由于电路中添加了两个电容,总电容量减少,实际的谐振频率会稍微增大一些。所以需要适当地修改电容器的值或添加附加的电容。当然最好先进行一下实验,也许所用的固定电感器自身的电容能够补偿这一误差。
实践中,此处提供的电路用于DRM接收机时,不进行其他调整,效果也是令人满意的。
用A L=4nH/n2的T37-2型环形磁芯绕制滤波器的电感器比较困难,因为在这样小的环型磁芯上绕158圈是不现实的。但是使用D=8mm,1=8mm,110圈的空心电感线圈是可以的。如果找到合适的螺纹磁芯,还可以使圈数减少约一半,并且能够用磁芯来精确地调整滤波器的频率。
测试
如果没有合适的信号发生器和测试用的振荡器,则测试谐振电路频率的唯一方法是使用一个示波器,通过观察谐振电路受到激励产生的自由振荡来测试。测试电路见下图。这时,需要一个频率恰好在谐振频率之下的,边缘陡峭的方波信号源。很多示波器都有这样一个校准用的方波输出端(通常频率为1kHz)。可将这一信号通过一个小电容,尽量松散地耦合到谐振电路中。适当地调整时基电路,就可以观察到自由振荡。这种方法除了测量谐振频率外,还可以测量电路的阻尼。
上图显示了对于前面计算出的电路进行测量的效果。需要注意的是:要使示波器对被测电路的影响尽可能小。就是说,应使用内阻为10MΩ的10:1的探针。图上显示的测量结果的水平偏移系数为每刻度1μs(微秒),测量频率比1100kHz略高。Q值可以根据振荡幅度下降到初始值的0.37时,所需要的振荡波形数目来判定。实例中的Q值为10。频率和Q值会受测量设备的影响,而在实际电路中所受影响更大。可以用10kΩ电阻代替10pF耦合电容(见下图),优点是能防止由于耦合电容引起的频率漂移,从而使测量的结果更准确。
同时测量也可以在更宽的频带上进行:
10kHz到几兆赫。但用电阻作为耦合会产生较大的阻尼,使振荡的输出变弱,因此必须使用更为灵敏的示波器。
这种简单的技术也可以用于未知电感器的测量,即使用一个已知值的电容来构成振荡器,测量出谐振频率,就可以判定电感量了。当然,在能够获得可以测量的振荡信号之前,可能要实验一系列不同值的电容,大电感量的电感器必须配较大容量的电容。同样,使用已知电感量的电感也可以测量未知电容的值。采用这种技术还可以测量磁芯的AL值。为此,先在磁芯上绕制一个小的实验线圈,连接已知容量的电容。那么,从圈数和测出的电感量,就可以计算出大概的AL值来。