12种可变电容在中波段Q值的测试

lq19512003

  自玩儿无线电这些年来，我收集到了不少种类的可变电容，这几天突发奇想，想知道这些可变电容的Q值有多大区别，于是抽时间从收集的可变电容里挑了12只测试。
     使用Q表测量电容的Q值不同于测量电感的Q值，在Q表上电感的Q值是一次性测量出的，而且测量值是从表盘上直接读出的，而一只电容的Q值在Q表上要分两次测量，共得到4个数据，然后通过计算才能得出最后的结果，整个测量过程比较麻烦。
     我们知道LC谐振回路的Q值是由这一回路中电感的Q值与电容的Q值共同决定的，谐振回路的Q值Qh与回路里的电感Q值Ql、电容的Q值Qc有如下的关系：
      1/Qh = 1/Ql + 1/Qc  ，即：Qh = Ql X Qc /（Ql + Qc）
     一般情况下电容的Q值比起电感的Q值大得多，所以对于谐振回路的Q值来说，电感的Q值对其的影响要比电容Q值对其的影响大得多（这就好像一只阻值很大的电阻与一只阻值较小的电阻组成并联电路，并联后的阻值很接近阻值小的电阻值。），故电感的Q值更受到人们的关注，而电容的Q值反倒被人们忽略了。
     在我们平时见到的资料里很少见到电容Q值测量的介绍，其实从电容Q值的定义可知电容Q值公式：Qc = 1 /ωC R，式中ω是角频率，等于2πf，C为电容量，R为电容内产生能耗的总电阻值，由此可见电容的Q值不但与电容量相关也是与频率有关的参数。
     我们经常见到的是电容的另一个重要参数：“损耗角的正切值tgδ”，其实我们从tgδ的物理意义上就可以知道，它与电容的Q值是互为倒数的关系，即：tgδ=1/Qc，Qc = 1/tgδ。
     如果耐心寻找我们可以发现，使用Q表测量电容的tgδ值的方法在许多资料里都有介绍，这一方法也是通过两次测量，然后计算出结果，即：
     tgδ=C1 X（Q1－Q2）/ (C1－C2) X Q1 X Q2
因为 Qc = 1/tgδ，故电容的Q值就应该是：
     Qc=（C1－C2）X Q1 X Q2 / C1 X（Q1－Q2）
     在实际测量中，我们要借助一只辅助电感，在以上的两个公式中Q1和 C1分别是在预定的频点上测得的辅助电感的Q值和谐振电容值，Q2和C2分别是将被测电容接入Q表的Cx端，并且在同一频点上重新找到谐振点时Q表指示的Q值和谐振电容值。
     在以上的方法中忽略了辅助电感的分布电容，如果被测电容容量比较小时，这个分布电容忽略后得到的测量结果的误差就比较大，如果考虑到辅助电感的分布电容，则电容的Q值公式如下：
     Qc=（C1－C2）ＸQ1 X Q2 / （C1＋C0）X（Q1－Q2）
其中C0 是辅助电感的分布电容值，这一分布电容值可在测量Q值前使用“两步测量法”在Q表上预先测出。

辅助电感分布电容的测量方法：
    1．首先确定测试频率f1和f2，要求f2 = 2 f1。
    2．将Q表的频率设置在f1处，将辅助电感接入Lx端，调整谐振电容找到谐振点，此时记录谐振的电容值为C1。
    3．将Q表的频率设置到f2处，重新找到谐振点，记录此时的谐振电容值为C2。
    4．分布电容值C0 由公式C0 =（C1－4XC2）/ 3 计算出。

电容Q值的具体测试方法：
   一、首先测量辅助电感的Q值与谐振电容值 :
      1.将辅助电感连接到Q表的Lx端。
      2.将Q表测量回路的谐振电容度盘旋到400至500pF的一个整数位置上。
      3.调整Q表的测量频率旋钮找到谐振点。
      4.记录此时测得的Q值为Q1，谐振的电容值为C1。
   二、测量被测电容接入后的Q值与谐振电容值:
      1.将被测电容连接到Q表的Cx端。
      2.调整Q表测量回路的谐振电容旋钮找到谐振点。
      3.记录此时测得的Q值为Q2，谐振的电容值为C2。
   三、被测电容的Q值Qc可以由公式
       Qc=（C1－C2）X Q1 X Q2  / （C1＋C0）X（Q1－Q2）计算得出。
   四、注意事项：
      1.在测量过程中判读测到的4个数据时一定要准确,否则计算结果误差会很大。
      2.一次测量4个数据的过程要尽快完成,免得测量环境发生变化产生测量误差。
      3.因为电容Q值的测量过程容易产生较大的误差，最好每只电容多测几次，将测得的结果去掉最高和最低值，在对剩下的数据求平均值。
      4.对于容量较大的被测电容可以忽略辅助电感的分布电容，但测量容量较小的被测电容时不要忽略分布电容。
   五、对辅助电感的要求:
      1.自制辅助电感时要注意，辅助电感的电感量要能与400至500pF的电容谐振在您希望测试的频率上，如果您对测试频率的高低并不太在意，那就不必苛求辅助电感的电感量了。
      2. 辅助电感的Q值尽量高些好，但一定要稳定，高Q值和稳定性中稳定性是第一位的。

    我将自己多年来收集到的12种可变电容每种测试了一只，下面是测试过程和测试结果。

为了测试方便，把被测电容逐一编号：

1号：铝质瓷支架大片距空气介质单连，15-500 pF，全新未焊接过。
2号：铝质瓷支架大片距空气介质双连，19 - 371 / 14-134 pF，拆机货。
3号：铝质胶木支架空气介质双连，2 X 365 pF，全新未焊接过。
4号：铝质胶木支架减速空气介质双连，2X365 pF，拆机货。
5号：紫铜质瓷支架空气介质双连，2 X 365 pF，拆机货。
6号：铝质胶木支架空气介质单连，365 pF，全新未焊接过。
7号：铝质胶木支架空气介质双连，250 / 290 pF，全新未焊接过。
8号：黄铜质瓷支架大片距空气介质双连，2 X 342 pF，军机拆机货。
9号：有机介质密封双连，160 / 77 pF，全新未焊接过。
10号：有机介质密封双连，2 X270 pF，全新未焊接过。
11号：铝质胶木支架空气介质四连，2 X 30 / 2 X 365 pF，拆机货。
12号：铜质瓷支架空气介质单连，2 – 47 pF，全新未焊接过。

    辅助电感是在10 X 80 mm的中短波磁棒上包两层聚四氟乙烯生料带，再用0.05X60纱包线蜂房法绕50匝，然后再在线圈外包裹聚四氟乙烯生料带。用QBG－3型Q表测得辅助电感的Q值是460，分布电容是10pF。
    所有电容在测量前都打理干净，为了使各个电容的测试结果互相有可比性，凡是大于270pF的电容都调到270pF测量，9号电容的两连并联后测量。将12只被测电容按编号顺序分别在QBG–3型Q表测试，在625KHz的频点上测得了如下的数据：

1号电容： C1=450pF  Q1=460  C2=191pF  Q2=446   计算出Qc=8251 。
2号电容： C1=450pF  Q1=460  C2=190pF  Q2=455   计算出Qc=23660 。
3号电容： C1=450pF  Q1=460  C2=189pF  Q2=291   计算出Qc=449 。
4号电容： C1=450pF  Q1=460  C2=188pF  Q2=370   计算出Qc=1077 。
5号电容： C1=450pF  Q1=460  C2=192pF  Q2=455   计算出Qc=23478 。
6号电容： C1=450pF  Q1=460  C2=190pF  Q2=440   计算出Qc=5720 。
7号电容： C1=450pF  Q1=460  C2=190pF  Q2=451   计算出Qc=13029 。
8号电容： C1=450pF  Q1=460  C2=168pF  Q2=458   计算出Qc=64578 。
9号电容： C1=450pF  Q1=460  C2=230pF  Q2=435   计算出Qc=3828 。
10号电容： C1=450pF  Q1=460  C2=186pF  Q2=384   计算出Qc=1334 。
11号电容： C1=450pF  Q1=460  C2=190pF  Q2=419   计算出Qc=2657 。
12号电容： C1=450pF  Q1=460  C2=405pF  Q2=460   计算出Qc大的测不出来！

从以上测试结果看：
  1．本次测量中12号电容的Q值最大，大到在QBG－3 型Q表上测得的Q1和Q2都是460，从电容Q值测量计算公式中可知，如果Q1=Q2，电容的Q值是无穷大，当然，12号电容的Q值不可能是无穷大，只不过在12号电容上测出的Q1和Q2的接近程度超出了QBG－3的分辨能力，故在QBG－3 上测不出它的Q值。12号电容要在更高的频率上测试才行。
  2．除12号电容外，军机拆下的瓷支架铜质大片距金属密封双联的Q值就是本次测到的最高值了，达到了6万多，军机上的零件质量的确非同凡响！
  3．Q值在2万以上的全部是瓷支架电容，看来支架对Q值的影响至关重要。
  4．胶木支架的电容本次测得的最高Q值是7号，Q值高达13029，这是一只259/290pF的双连，测的是290pF一连，这种双连一批买到3只，是有原装盒子的新品，而且双连的做工精致，从剩下的两支中随便拿了一只测试，Q值也在1万以上，该连的片距比一般常见的2X365pF双连的片距还小，这说明小片距胶木支架也能做出较高Q值的电容。
  5．Q值高的都是空气介质电容，有机薄膜介质的电容的Q值都很低，这与一些书上的结论完全一致，除了以上的9号、10号电容外，我还测了其它4只有机薄膜介质电容，Q值都在1000到3500之内，其实这并不奇怪，我查到了一个国内生产有机介质可变电容厂家的产品技术指标，有机薄膜介质双连合格品的损耗角的正切值是30乘以10的负4次方，也就是说Q值只要大于333.333 就是合格品了。
  6．同一种电容的Q 值差别也可能很大，比如11号的4连，我同时买了两只一摸一样的，在测另一只Q值是1万出头，因为都是拆机货，所以如果是全新的恐怕Q值不低。
  7．本次测量Q值最低的是3号双连，这个双连买来时是有原装盒子的新品，买了一对，看到这只Q值如此之低便赶紧拿出另一只测试，真是不测不知道，一测吓一跳，那只比这只的Q值还低得多，低的我都不好意思说出它的Q值来，这款双连上打着国内赫赫有名的厂标，可看上去制作工艺却稍显粗糙，也不知是不是假货。
  8．从本测试结果看矿机的可变电容马虎不得，也不能认为是新品就没问题，试想如果用了3号电容，矿机的灵敏度无论如何是提不高的，选择性也别想好了，看着可变电容很新也怀疑不到他头上，机器搞不出好效果还找不到毛病，就只好怀疑自己的天地线不好了，您说用这种可变电容坑不坑人！等有时间好好研究研究这两只电容毛病到底在哪。
   电容Q值的测试比较麻烦，测量时读数稍有差别结果就差很多，不易测准，所以测得的数据仅供参考。
   为了方便测试后的计算，我用VB做了两个计算器，一个用来计算辅助电感的分布电容，另一个用来计算电容Q值，在计算电容Q值的计算器中如果要忽略辅助电感的分布电容，只要将分布电容值填入0即可。这两个软件使用起来很方便，有兴趣的同学可以下载后使用。两个计算器使用方法一看就会，电容Q值的测试方法和辅助电感分布电容的测试方法也都做到计算器的帮助文件里了，可方便使用。
  以上如有不妥欢迎诸位兄弟拍砖！

[ 本帖最后由 lq19512003 于 2009-4-13 10:22 编辑 ]

swp

感谢楼主的幸苦实验，这为选择可变电容提供了有价值的参考资料！
我的一点看法与实验不知能否解开3号Q值低的谜团？话说快30年前了，测试手里不少360X2的老空气可变，尤其是夏天发现它的绝缘电阻不太好，根据湿度能在10M-5M间变化，就开始怀疑胶木支撑的问题。之后用除掉碳膜的电阻改过支撑。
还有在一次无意之中发现老空气可变的每一片动片与转轴的电阻不为零，在刮干净铝片后挨个测试那12片竟然有的接触电阻达到数Ω！同样定片也存在此现象。为此我在多年前在本坛特意发帖提示注意这个现象。这种接触不良是与年代久远有直接关系的，但楼主的新电容是否也有这个问题令人费解，但有一点是可以确定的，就是这个问题直接影响Q值！
365的可变动静片面积大，高频电流走的路程要长，损耗也大于那些小个子的空气可变。
还有一点是此电容Q值低的原因，是它的动片间距支撑是绝缘材料，这就是个每个动片只有通过转轴汇集高频电流，增加了损耗。同样看看专业的可变，它的定位片是金属的，而且每个动片间是焊接相连的，这样即便个别的动片与轴的压接接触电阻大（其实好的空气可变转轴与动片也是焊接的甚至是用整块金属铣出来的。），也会经过其它路径迂回通过电流，还有这样做的效果是把整个接触电阻给并联了，这就从根本上消除了接触电阻的隐患，所以Q值高。
我手头没仪器，但做过对比试验。首先是观察一个很老的收音机里的空气双联，已经积满尘埃，焊开定片，用10K档测量漏电都在10M以上，但是对收音没有什么影响，可能是超外差的AGC的作用吧。为了不影响分布参数，没敢在好收音机上进一步动手脚。于是又做了再生机的实验，找了一个旧365X2双联，一连不动，另一联用大功率烙铁按焊铝法将动片绝缘片处全部用铜线焊接在一起，定片也是如此炮制。同时把底下的胶木支撑去掉，换上电阻瓷体的支撑，测量绝缘∞。这时先用老的一连接收一个电台，把再生调到临界点可以正常工作的状态，接着把天线改焊到处理过的一连，收音机立即发生啸叫！要减少反馈量才能正常收音，说明了选频回路输入电压有所增加。同样条件下收台的效果也有改善，最明显的是调强再生后，鸟叫点明显增多了。

河泊

大家都省了很多功夫

L.D.XIONG

非常辛苦的劳动，学习李兄的精神！

老K

不错！提供了经验。

guping

学习了。
8号可变的轴也是陶磁的，这点与其他样品不一样，毕竟陶磁的热涨系数要比金属小得多。还有8号可变的极片的材质从图片上看不出，是否为锌合金，这也是当年军品的极品材质。

lq19512003

原帖由 guping 于 2009-4-13 12:35 发表
学习了。
8号可变的轴也是陶磁的，这点与其他样品不一样，毕竟陶磁的热涨系数要比金属小得多。还有8号可变的极片的材质从图片上看不出，是否为锌合金，这也是当年军品的极品材质。

我曾经拆开看过,极片均为暗黄色,以为是镀金的,又见有一处有绿色的锈迹,便又以为是黄铜的,但到底是黄铜的还是铜镀金的,没搞清楚,总之不像是铝的.

[ 本帖最后由 lq19512003 于 2009-4-13 13:02 编辑 ]

老三

非常感谢！！又让俺学习了！！

60年代的爱好者

制作矿石机的精品参考资料。

到处一游

原帖由 lq19512003 于 2009-4-13 12:58 发表

我曾经拆开看过,极片均为暗黄色,以为是镀金的,又见有一处有绿色的锈迹,便又以为是黄铜的,但到底是黄铜的还是铜镀金的,没搞清楚,总之不像是铝的.

那材料是殷钢。

bd4uad

好资料。楼主辛苦！

代号202

好经验！好资料！

FM30

好经验，顶了

wangge

好资料，感谢楼主的辛勤劳动！

眉间尺

好资料. 收藏了. 楼主辛苦!

天地会

感谢楼主的辛勤劳动！珍惜！