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从矿石机专区看过的同学大都了解线圈的Q值这个说法，究竟什么是Q值呢？而且Q值还分为有载Q值和无载Q值。
首先，Q值是用来描述LC回路谐振效率的一个无纲量，由于它不像普通的效率那样计算，也么有同一的标准单位，仅仅以电桥测量的数据为准的一个值，通过比较这个值的大小即可了解线圈的品质因数。
要想解释这个问题就得先了解一下LC谐振回路的工作情况，理想中的LC回路 ，无论电容还是线圈都是无损的，即没有任何损耗。实际上这必然不可能，例如电容里面不但引线极板这些存在着电阻，而且还有高频的介质损耗等等，比如说大功率飞机雷达会加热雷达罩，雷达罩本身是不导电的，之所以被加热就是因为在高频下介质损耗消耗了部分微波能量，变成了热量。电容也是这样，之所以推荐使用空气电容而不是薄膜电容，除了空气电容的结构坚固，耐久性强以外，一个重要因素就是空气介质电容的品质因数较高，介质损耗较小，但是空气电容也有弊端，例如不是密封的，极板上灰尘过多会增加介质损耗等等，还有就是如果动片与支架接触不良，也会造成电阻增加，进而造成额外损耗。
对于电感线圈来说，当然不可避免的存在着电阻，细看线圈的截面还有微弱的涡流，不过这个通常可以忽略，有磁芯的线圈，磁芯中会产生涡流，即便高频磁芯也存在介质损耗和微弱电流，这些都是线圈消耗能量的方式，况且开放式线圈产生的漏感会加热附近的金属体或者屏蔽罩等等。
理想中的LC回路中的电流在电容和电感之间往复流动，电容中的电势能和电感中的电磁能相互转化 ，实际上内部是一种无功电流，这些电流不对外做功，只是以无功功率的形式流动，不断改变方向和相位，是一种能量的转化而已。
而事实上这是不可能的，如前述的种种原因LC谐振回路总是要以各种方式向外泄露能量。
正因为LC回路谐振的时候能量在内部相互转化，因此既不能向内输入能量，也不能向外输出能量，对外部谐振频率来说，似乎是一个无限大的电阻一样，无法穿越，但事实上因为总是要补充消耗的部分能量，因此LC回路的谐振总是表现出一定的外部阻抗的。
那么同样的，回路消耗的能量少，从外部吸取的能量也少，那么Q值和等效谐振阻抗就较高，反之则阻抗较低。
由于在理想谐振当中，Q值无限高，相应的阻抗也是无限大，那么选择性也是无限高的，实际上很难做到这样，再生式收音机，用电子管放大了的电流，也就是电池组提供的能量，弥补了线圈的损耗，那么理所应当的就不再需要从外界在吸收能量了，那么天线线圈的等效Q值极大的提升，灵敏度和选择性自然就上去了。由于接近理想临界状态的时候，微弱的扰动都会扰乱这一状态，因此再生式收音机总是不能工作在临界振荡的一点，而是略微低一些。
那么什么是有载Q值呢？就是线圈向外输出一定能量的时候表现出来的Q值，通常有载Q值相比于空载Q值低一些，因为此时线圈内部不但有相当的无功电流，还有相当的有功电流流过，总电流相加，那么相应损耗也要增加，加入LC回路造成空载Q值低的主要原因是线路电阻过大，那么有载Q值也不会高，如果是因为介质损耗引起，那么影响相对要轻一些。其原理和交流输电线路功率因数过低造成线路发热的原理差不多。
下面我们在说说LC比率的问题
引入这个问题之前先描述一下LC谐振回路的谐振阻抗的计算方法：公式中Z代表等效的谐振阻抗，Q代表回路品质因数，L代表线圈电感量，C代表电容量
那么就有Z=Q√L/C 通过此公式我们可以看出要想提高谐振总阻抗Z，那么就必须增大LC比率或者增加Q值，实际应用中，由于LC比率是有一个限度的，C很小的时候，线路的分布电容将会影响到LC谐振回路的参数，而且很多原件是有温度系数的，温度变化往往影响到分布电容，因此过小的谐振电容不利于增加线路的稳定性。另一种情况下，C是没得选择的，比如我们采用365P的空气双联，这是没得选择的，因此此时LC比率就是固定的，如果我们想进一步增加线圈的灵敏度，例如一个磁性天线和空气可变组成的系统，此时就要想办法绕制高Q线圈。例如绕制磁性天线，通过采用多股线降低高频电流的电阻，或者采用分段的方法，将线圈分成两段，分别放置在磁棒的灵敏点，提高线圈的Q值，这样磁性天线的增益和选择性都能得到提高，采用长磁棒的时候，由于磁棒聚集磁通的能力增强，线圈匝数减少了，不但减少了线圈的分布电容，而且减少了线圈的长度，同时就提高了线圈的效率，也就改善了磁性天线的性能。
下面说一个实例，由于这是首次在标准的超外差电池管收音机上采用晶体管标准双调谐中周，是相当缺乏经验的，此前看过一些例子，多是变通运用的简易外差机。因此组装完成后就面临了灵敏度不够的困境，通过示波器发现中放增益不足，根据电子管高频放大器增益估算公式K=1/2SR，其中K是增益，S是电子管跨导，R是负荷阻抗，因为是双调谐耦合回路，所以要除以2。
很明显，在电子管跨导一定的情况下只能提高等效谐振阻抗才能进一步提高增益，那么对于小型中频变压器来说，工作电流不大时，其有载Q值并不低，那么导致谐振阻抗低的原因只有一个，LC比率不对，例如电子管收音机的中周谐振电容都在180-200p之间，而TTF2-8中周的谐振电容为330P，那么其LC比率开方后相差约1.7倍，那么两个谐振回路就损失了1.7*1.7倍，加上耦合电容损失1.7倍电压传输系数，可见一个中周变压器就损失了相当的放大量，同时由于重绕线圈取消了中间抽头，一定程度上简化了结构，减少了分布电容，那么等效的增益约能相当于原来的8倍，同时我增加了本振线圈的反馈线圈匝数，提高了本振电压，增加了变频跨导，因此一级增强的本振线圈，和三级改进后的中周变压器所提高的增益是相当可观的，我的收音机也就从接收本地电台都有较大困难，一跃成为灵敏度超高的甚至超过很多中高级厂制品的高灵敏度接收机。
这其中LC回路Q值的提升和LC比率的调整是决定性的。
另一方面，对于超高频电路，例如FM电路来说，通常采用三极电子管，这类电子管的特征是，内阻较低，跨导较高，极间距离较小，这恰好满足了高频电路的工作要求，一方面，这类电子管可以工作于栅地电路中，另一方面极间距离小，缩短了电子渡越时间，内阻较低，决定了对外部谐振回路等效阻抗的依赖小，跨导较高，给较高的增益创造了有利条件。
在FM电路中，为了维持一定的稳定性，LC比率不宜过大，一般可变最大容量在10P到30P不等，同时，线圈的品质因数也不能像中波磁性天线一样可以通过改进不断的提升，相对来说反而比较固定。基于此，如果电子管等效内阻过高，对外界LC回路依赖过大，将严重损失高频增益，同时五极管由于内部存在牵制作用，更不能正常工作。
因此这些要求决定了工作于调频波段的多数为三极管，即便采用多极电子管，仍然要使用三极管接法来提高线路稳定性和性能，这与回路的LC比率和Q值等因素都是密切相关的。因此熟悉这些知识能够便于我们在设计和装置收音机的时候，少走弯路，通过对参数的合理把握，取得最大的性能。 |
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发表于 2016-11-8 00:47:02
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