電子測(cè)量?jī)x器教案第7章

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課題 第7章電子元器件參數(shù)測(cè)量?jī)x器§7.1電子器件特性及參數(shù)測(cè)量?jī)x（一）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與能力： 掌握電子器件參數(shù)測(cè)量?jī)x器的分類(lèi)過(guò)程與方法： 通過(guò)觀察和講解，情感、態(tài)度與價(jià)值觀： 培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度教學(xué)重點(diǎn)掌握電子器件參數(shù)測(cè)量?jī)x器的分類(lèi)教學(xué)難點(diǎn)掌握電子器件參數(shù)測(cè)量?jī)x器的分類(lèi)新授課7.1.1電子器件參數(shù)測(cè)量?jī)x器的分類(lèi)1半導(dǎo)體分立器件測(cè)量?jī)x器半導(dǎo)體分立器件：二極管、雙極型晶體管、場(chǎng)效晶體管、閘流晶體管（簡(jiǎn)稱(chēng)晶閘管）及光電子器件等種類(lèi)。半導(dǎo)體分立器件測(cè)量?jī)x器分類(lèi)（根據(jù)所測(cè)參數(shù)的類(lèi)型）（1）直流參數(shù)測(cè)量?jī)x器主要測(cè)試半導(dǎo)體分立器件的反向截止電流、反向擊穿電壓、正向電

2、壓、飽和電壓和直流放大倍數(shù)等直流參數(shù)。（2）交流參數(shù)測(cè)量?jī)x器主要測(cè)試半導(dǎo)體分立器件的頻率參數(shù)、開(kāi)關(guān)參數(shù)、極間電容、噪聲系數(shù)及交流網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等交流參數(shù)。（3）極限參數(shù)測(cè)量?jī)x器主要測(cè)試半導(dǎo)體分立器件能安全使用的最大范圍，如大功率晶體管在直流和脈沖狀態(tài)下的安全工作區(qū)。（4）晶體管特性圖示儀（應(yīng)用最廣泛）可顯示器件的特性曲線(xiàn)，還可以測(cè)量不少主要直流參數(shù)和部分交流參數(shù)。2數(shù)字集成電路測(cè)試儀器（1）數(shù)字集成電路：有TTL和CMOS集成電路等。（2）測(cè)試的內(nèi)容：有直流測(cè)試、交流測(cè)試和功能測(cè)試。直流測(cè)試：輸出高電平、輸出低電平、輸出高電平電流、輸出低電平電流、電源功耗電流等。交流測(cè)試：延遲時(shí)間、最高時(shí)鐘頻率等。

3、功能測(cè)試：檢查數(shù)字集成電路各項(xiàng)邏輯功能是否正常。（3）測(cè)量方法通用儀器：適于中、小規(guī)模集成電路的某些基本參數(shù)和功能。圖形功能測(cè)試法：適于對(duì)大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的測(cè)試，檢查其功能。它利用圖形發(fā)生器生成各種測(cè)試圖形和期望響應(yīng)的圖形在圖形比較器中進(jìn)行比較，最終判定被測(cè)集成電路的功能是否正常而給出結(jié)果。3模擬集成電路測(cè)試儀組成：運(yùn)算放大器、穩(wěn)壓器、比較器及專(zhuān)用模擬集成電路等。模擬集成電路的測(cè)試：直流測(cè)試和交流測(cè)試。直流測(cè)試的項(xiàng)目：輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入偏置電流、輸入阻抗、共模信號(hào)抑制比、輸出短路電流、開(kāi)環(huán)電壓增益、最大輸出電壓及電源功耗電流等；交流測(cè)試項(xiàng)目：開(kāi)環(huán)帶寬和轉(zhuǎn)換速率等。練習(xí)習(xí)題

4、小結(jié)電子器件參數(shù)測(cè)量?jī)x器的分類(lèi)：半導(dǎo)體分立器件測(cè)量?jī)x器、數(shù)字集成電路測(cè)試儀器（直流參數(shù)、交流參數(shù)、極限參數(shù)、晶體管特性圖示儀）模擬集成電路測(cè)試儀布置作業(yè)習(xí)題課題 §7.1電子器件特性及參數(shù)測(cè)量?jī)x（二）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與能力： 晶體管特性圖示儀定義、特點(diǎn)、曲線(xiàn)的測(cè)繪（點(diǎn)測(cè)法和圖示法）過(guò)程與方法： 通過(guò)觀察和講解，情感、態(tài)度與價(jià)值觀： 培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度教學(xué)重點(diǎn)晶體管特性圖示儀定義、特點(diǎn)、曲線(xiàn)的測(cè)繪（點(diǎn)測(cè)法和圖示法）教學(xué)難點(diǎn)晶體管特性圖示儀定義、特點(diǎn)、曲線(xiàn)的測(cè)繪（點(diǎn)測(cè)法和圖示法）新授課7.1.2晶體管特性圖示儀定義：它是一種專(zhuān)用示波器，在示波管屏幕上可直接觀察半導(dǎo)體分立器件的特性曲線(xiàn)，

5、借助屏幕上的標(biāo)尺刻度，還能直接或間接地測(cè)定其相應(yīng)的參數(shù)。特點(diǎn)：使用面寬、直觀性強(qiáng)、用途廣泛、讀測(cè)方便等。1晶體管特性曲線(xiàn)的測(cè)繪定義：有關(guān)電極的電壓-電流之間的關(guān)系曲線(xiàn)。例如：晶體管的共發(fā)射極輸出特性曲線(xiàn)如圖所示。測(cè)繪晶體管特性曲線(xiàn)方法：點(diǎn)測(cè)法（靜態(tài)法）和圖示法（動(dòng)態(tài)法）。（1）點(diǎn)測(cè)法仍以晶體管輸出特性曲線(xiàn)為例，測(cè)試電路如圖所示。 調(diào)節(jié)UBB，固定一IB值。 調(diào)節(jié)UCC使UCE從零變到某一固定值，測(cè)出一組UCE與IC的數(shù)據(jù)，描繪出一條IB為某一固定值的IC=f（UCE）的曲線(xiàn)。 再調(diào)節(jié)UBB改變一個(gè)IB值。 重復(fù)上述過(guò)程，可得另一條曲線(xiàn)；。 最終完成被測(cè)晶體管的輸出特性曲線(xiàn)。特點(diǎn)：操作繁瑣，不能

6、反映晶體管動(dòng)態(tài)工作時(shí)的輸出特性，特別是在測(cè)量晶體管極限參數(shù)（例如ICM和BUCEO等）時(shí)，容易損壞晶體管。（2）圖示法 用50 Hz交流電的全波整流電壓作為集電極掃描電壓代替Vcc。 階梯波電壓每上升一級(jí)，相當(dāng)于改變一次參數(shù)IB。只要集電極掃描電壓UCE和階梯基極電流的變化的時(shí)間關(guān)系如圖（a）所示，就獲得了UCE與IB的同步變化。 全波整流電壓和階梯波電壓同步，每一級(jí)階梯波對(duì)應(yīng)一條曲線(xiàn)。特點(diǎn)：這種方法直觀，操作簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)測(cè)量。由于集電極掃描電壓是隨時(shí)間連續(xù)變化的脈動(dòng)電壓，其最大值僅是瞬間作用于被測(cè)晶體管，被測(cè)晶體管不易受損壞，因而較為安全可靠練習(xí)習(xí)題小結(jié)晶體管特性圖示儀：它是一種專(zhuān)用示波

7、器，在示波管屏幕上可直接觀察半導(dǎo)體分立器件的特性曲線(xiàn)，借助屏幕上的標(biāo)尺刻度，還能直接或間接地測(cè)定其相應(yīng)的參數(shù)。布置作業(yè)習(xí)題課題 §7.1電子器件特性及參數(shù)測(cè)量?jī)x（三）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與能力： 晶體管特性圖示儀的基本組成過(guò)程與方法： 通過(guò)觀察和講解，情感、態(tài)度與價(jià)值觀： 培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度教學(xué)重點(diǎn)晶體管特性圖示儀的基本組成教學(xué)難點(diǎn)晶體管特性圖示儀的基本組成新授課2. 晶體管特性圖示儀的基本組成晶體管特性圖示儀的基本組成如圖所示。組成：基極階梯波信號(hào)源、集電極掃描電壓發(fā)生器、工作于X-Y方式的示波器、測(cè)試轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及一些附屬電路。（1）基極階梯信號(hào)源作用：用以產(chǎn)生階梯電流或階梯電壓。測(cè)試

8、時(shí)，階梯信號(hào)源為被測(cè)晶體管提供偏置。內(nèi)設(shè)有調(diào)零電位器，可提供不同極性、不同大小的階梯信號(hào)，級(jí)數(shù)可調(diào)。（2）集電極掃描電壓發(fā)生器作用：供給所需的集電極掃描電壓。掃描電壓采用工頻電壓經(jīng)全波整流而得到的100 Hz的單向脈動(dòng)電壓。通?；鶚O階梯信號(hào)也是由50Hz的工頻獲得，故兩者之間能同步工作。掃描電壓的極性和大小均可以變換。RC（集電極電路內(nèi)有功耗限制電阻，阻值可根據(jù)需要改變）作用：用于限制被測(cè)晶體管的最大工作電流，從而限制其功耗，防止器件受損。RF（電路中的采樣電阻）作用：將要測(cè)量的電流IC轉(zhuǎn)換為電壓。（3）示波器 包括：X放大器、Y放大器及示波管。作用：顯示晶體管特性曲線(xiàn)。（4）開(kāi)關(guān)用附屬電路作

9、用：準(zhǔn)確測(cè)試晶體管特性曲線(xiàn)及適應(yīng)測(cè)試不同的晶體管的需要。 極性開(kāi)關(guān) 基極階梯信號(hào)源和集電極掃描電壓正、負(fù)極性選擇開(kāi)關(guān)。 X軸、Y軸選擇開(kāi)關(guān)作用：把不同信號(hào)接至X放大器或Y放大器。通過(guò)不同的組合，顯示不同的晶體管特性曲線(xiàn)。 零電壓、零電流開(kāi)關(guān) 作用：可使基極接地或基極開(kāi)路，便于對(duì)某些晶體管參數(shù)的測(cè)試。 靈敏度校準(zhǔn)電壓 作用：可提供校準(zhǔn)電壓，用于對(duì)刻度進(jìn)行校正。練習(xí)習(xí)題小結(jié)晶體管特性圖示儀的基本組成：基極階梯波信號(hào)源、集電極掃描電壓發(fā)生器、工作于X-Y方式的示波器、測(cè)試轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及一些附屬電路。布置作業(yè)習(xí)題課題 §7.1電子器件特性及參數(shù)測(cè)量?jī)x（四）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與能力： 晶體管特性圖示儀測(cè)

10、量原理過(guò)程與方法： 通過(guò)觀察和講解，情感、態(tài)度與價(jià)值觀： 培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度教學(xué)重點(diǎn)晶體管特性圖示儀測(cè)量原理教學(xué)難點(diǎn)晶體管特性圖示儀測(cè)量原理新授課3晶體管特性圖示儀測(cè)量原理（1）二極管特性曲線(xiàn)及測(cè)試原理框圖如圖所示。測(cè)試正向特性加正極性?huà)呙桦妷?，測(cè)試反向特性時(shí)加負(fù)極性?huà)呙桦妷?。不必使用階梯信號(hào)。將集電極電壓接至X軸，RF上的采樣電壓接至Y軸，即可顯示相應(yīng)的特性曲線(xiàn)。（2）晶體管輸出特性曲線(xiàn)IC = f（UCE）及測(cè)試原理框圖如圖所示。根據(jù)定義，可在輸出特性曲線(xiàn)上求出值。（3）晶體管輸入特性曲線(xiàn)IB = f（UBE）及測(cè)試原理框圖如圖所示。a被測(cè)管的集電極接全波整流掃描電壓。b用階梯信號(hào)提

11、供基極電流。c采樣電阻RB兩端得到的電壓（正比于IB）加至示波器的Y軸。dUBE加至示波器的X軸。顯示如圖（b）所示輸入特性曲線(xiàn)。注意：此時(shí)IB和UBE均為階梯波，但I(xiàn)B每級(jí)高度基本相同，而UBE由于輸入特性的非線(xiàn)性而每級(jí)高度不同。集電極掃描電壓的變化反映在熒光屏上為亮點(diǎn)在各級(jí)水平方向的往返移動(dòng)。練習(xí)習(xí)題小結(jié)轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)作用：測(cè)量場(chǎng)效晶體管的夾斷電壓UP、飽和漏電流IDSS與跨導(dǎo)gm。布置作業(yè)習(xí)題課題 §7.1電子器件特性及參數(shù)測(cè)量?jī)x（五）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與能力： 晶體管特性圖示儀測(cè)量原理過(guò)程與方法： 通過(guò)觀察和講解，情感、態(tài)度與價(jià)值觀： 培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度教學(xué)重點(diǎn)晶體管特性圖示儀

12、測(cè)量原理教學(xué)難點(diǎn)晶體管特性圖示儀測(cè)量原理新授課（4）場(chǎng)效晶體管漏極特性曲線(xiàn)ID = f（UDS）及測(cè)試原理框圖如圖所示。類(lèi)同于晶體三極管IC = f（UCE）曲線(xiàn)的測(cè)試，C、B、E對(duì)應(yīng)D、G、S。階梯信號(hào)：用階梯電壓。階梯信號(hào)和掃描信號(hào)的極性：根據(jù)被測(cè)場(chǎng)效晶體管類(lèi)型決定。 耗盡型場(chǎng)效晶體管（包括結(jié)型場(chǎng)效晶體管）N溝道用負(fù)階梯，正掃描；P溝道用正階梯，負(fù)掃描。 增強(qiáng)型場(chǎng)效晶體管N溝道用正階梯，正掃描；P溝道用負(fù)階梯，負(fù)掃描。選擇合適的功耗電阻，即可顯示其漏極特性曲線(xiàn)。（5）場(chǎng)效晶體管轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)ID = f（UGS）及測(cè)試原理框圖如圖所示。轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)作用：測(cè)量場(chǎng)效晶體管的夾斷電壓UP、飽和漏電

13、流IDSS與跨導(dǎo)gm。轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)測(cè)繪：柵極加階梯電壓，漏極加掃描電壓，UGS加至示波器的X軸，采樣電阻RF上的電壓（正比于漏極電流ID）加至示波器的Y軸，顯示出如圖（b）所示的上端有亮點(diǎn)的豎線(xiàn)，由亮點(diǎn)連接起來(lái)的曲線(xiàn)即是。夾斷電壓UP：轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)與X軸的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的UGS?？鐚?dǎo)gm：轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)的斜率。漏極飽和電流IDSS：轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)與Y軸交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的ID。練習(xí)習(xí)題小結(jié)轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)作用：測(cè)量場(chǎng)效晶體管的夾斷電壓UP、飽和漏電流IDSS與跨導(dǎo)gm。布置作業(yè)習(xí)題課題 §7.2集總參數(shù)元件測(cè)量?jī)x器（一）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與能力： 了解集總參數(shù)元件基本知識(shí)。過(guò)程與方法： 通過(guò)觀察和講解，情感、

14、態(tài)度與價(jià)值觀： 培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度教學(xué)重點(diǎn)了解集總參數(shù)元件基本知識(shí)。教學(xué)難點(diǎn)了解集總參數(shù)元件基本知識(shí)。新授課7.2集總參數(shù)元件測(cè)量?jī)x器7.2.1集總參數(shù)元件簡(jiǎn)介集總參數(shù)元件：電阻器、電容器和電感器。1電阻器理想的電阻器：不含電抗分量，流過(guò)它的電流與其兩端的電壓同相。實(shí)際電阻器：存在一定的寄生電感和分布電容，其等效電路如圖所示。在低頻工作狀態(tài)下（包括直流工作時(shí)），LR和CR的影響由于其感抗很小、容抗很大而可以忽略不計(jì)，但在高頻工作狀態(tài)下必須考慮其影響。2電容器實(shí)際電容器：存在引線(xiàn)電感和損耗電阻（包括漏電阻及介質(zhì)損耗等）。在頻率不太高的情況下，引線(xiàn)電感的影響由于其感抗很小而可忽略不計(jì)。故實(shí)際

15、電容器的等效電路如圖所示。圖中，RCS：電容器的等效串聯(lián)損耗電阻，RCP：電容器的等效并聯(lián)損耗電阻。電容器的損耗大小通常用損耗因數(shù)D（或損耗角的正切值tan ）表示。空氣電容器的損耗因數(shù)較小，為D 10-3；一般介質(zhì)電容器的損耗因數(shù)為10-4 D 10-2；電解電容器的損耗因數(shù)較大，為10-2 D 2×10-1。練習(xí)習(xí)題小結(jié)集總參數(shù)元件：電阻器、電容器和電感器。布置作業(yè)習(xí)題課題 §7.2集總參數(shù)元件測(cè)量?jī)x器（二）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與能力： 掌握電感器、萬(wàn)用電橋過(guò)程與方法： 通過(guò)觀察和講解，情感、態(tài)度與價(jià)值觀： 培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度教學(xué)重點(diǎn)掌握電感器、萬(wàn)用電橋教學(xué)難點(diǎn)掌握電感器

16、、萬(wàn)用電橋新授課3電感器實(shí)際電感器：除電感量外，同樣存在損耗電阻，還存在分布電容。在頻率不太高的情況下，分布電容的影響可以忽略不計(jì)。故實(shí)際電感器的等效電路如圖所示。圖中RLS為電感器的等效串聯(lián)損耗電阻，RLP為電感器的等效并聯(lián)損耗電阻。電感器的損耗大小通常用品質(zhì)因數(shù)Q表示。對(duì)于圖（a）對(duì)于圖（b）式中XL電感器的感抗。電感器的Q值越大，說(shuō)明損耗越小，反之，則損耗越大?？招木€(xiàn)圈及帶高頻磁芯的線(xiàn)圈（電感器）的Q值較高，一般為幾十至一、二百，帶鐵心的線(xiàn)圈（電感器）的Q值較低，一般在十以?xún)?nèi)。7.2.2 萬(wàn)用電橋電橋法：一種比較測(cè)量法，它把被測(cè)量與同類(lèi)性質(zhì)的已知標(biāo)準(zhǔn)量相比較，從而確定被測(cè)量的大小。電橋法

17、測(cè)量適用：工作在低頻狀態(tài)的集總參數(shù)元件。電橋：利用電橋法原理制成的測(cè)量?jī)x器。萬(wàn)用電橋（或萬(wàn)能電橋）：同時(shí)具備測(cè)量電阻器、電容器和電感器功能。電橋電路組成：主要包括電橋電路、信號(hào)源和指零電路三部分。練習(xí)習(xí)題小結(jié)電橋法：一種比較測(cè)量法，它把被測(cè)量與同類(lèi)性質(zhì)的已知標(biāo)準(zhǔn)量相比較，從而確定被測(cè)量的大小。電橋法測(cè)量適用：工作在低頻狀態(tài)的集總參數(shù)元件。萬(wàn)用電橋（或萬(wàn)能電橋）：同時(shí)具備測(cè)量電阻器、電容器和電感器功能。布置作業(yè)習(xí)題課題 §7.2集總參數(shù)元件測(cè)量?jī)x器（三）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與能力： 掌握萬(wàn)用電橋的平衡過(guò)程與方法： 通過(guò)觀察和講解，情感、態(tài)度與價(jià)值觀： 培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度教學(xué)重點(diǎn)掌握萬(wàn)用電

18、橋的平衡教學(xué)難點(diǎn)掌握萬(wàn)用電橋的平衡新授課1電橋的平衡條件下圖所示為常見(jiàn)的四臂電橋基本電路。其中四個(gè)阻抗元件Z1Z4稱(chēng)為橋臂，us為信號(hào)源；P為指零儀電橋的平衡條件：振幅平衡條件：相位平衡條件：實(shí)際電橋電路：在一個(gè)橋臂同時(shí)接入兩個(gè)可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)元件，多采用R和C，另外兩個(gè)橋臂則接入固定的標(biāo)準(zhǔn)元件。結(jié)論：若相鄰兩橋臂為純電阻，則另外兩個(gè)橋臂元件應(yīng)為同性阻抗；若相對(duì)兩橋臂為純電阻，則另外兩個(gè)橋臂元件，應(yīng)為異性阻抗。在測(cè)量電容器時(shí)使可調(diào)元件與被測(cè)元件作為相鄰橋臂接入。而在測(cè)量電感器時(shí)則使可調(diào)元件與被測(cè)元件作為相對(duì)橋臂接入。例7.1試推導(dǎo)“海式電橋”的平衡條件解：電橋平衡方式為根據(jù)復(fù)數(shù)相等條件，上式兩邊的實(shí)部和虛部分別相等 L