電子測(cè)量第3章1部分

第3章電路元件參數(shù)測(cè)量方法和儀器內(nèi)容提要：

對(duì)常用電路元件電阻、電容、電感、半導(dǎo)體二極管、半導(dǎo)體三極管和集成門電路的作用和主要參數(shù)進(jìn)行介紹；描述電路元件參數(shù)的測(cè)量方法；對(duì)常用晶體管圖示儀的工作原理和應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

要求：

掌握電阻、電容、電感、半導(dǎo)體二極管、半導(dǎo)體三極管的主要參數(shù)和常規(guī)測(cè)試方法；了解集成門電路的主要參數(shù)和常規(guī)測(cè)試方法；了解晶體管圖示儀的工作原理和使用方法。本章使用的主要儀器模擬萬(wàn)用表數(shù)字萬(wàn)用表直流電橋交流電橋手持式數(shù)字LCR測(cè)試儀

電阻、電感及電容參數(shù)測(cè)試儀臺(tái)式雙顯示數(shù)字LCR測(cè)試儀

晶體管圖示儀數(shù)字集成電路參數(shù)測(cè)試儀3.1概述

電路元件如電阻器、電容器、電感器、晶體二極管、晶體三極管和集成電路等是組成電子電路最基本的元件，它們的質(zhì)量和性能的好壞直接影響電路的性能。

電路元件的測(cè)量必須保證測(cè)試條件與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)工作條件相符合。3.2

電路元件參數(shù)的測(cè)量

3．2．1電阻和電位器的測(cè)量電阻和電位器在電路中多用來(lái)進(jìn)行限流、分壓、分流以及阻抗匹配等，是電路中應(yīng)用最多的元件之一。

一、電阻和電位器的參數(shù)

電阻的參數(shù)包括標(biāo)稱阻值、額定功率、精度、最高工作溫度、最高工作電壓、噪聲系數(shù)及高頻特性等，主要參數(shù)為標(biāo)稱阻值和額定功率。

標(biāo)稱阻值是指電阻上標(biāo)注的電阻值；額定功率是指電阻在一定條件下長(zhǎng)期連續(xù)工作所允許承受的最大功率。1．

電阻規(guī)格的直標(biāo)法

直標(biāo)法是將電阻的類別和主要技術(shù)參數(shù)的數(shù)值直接標(biāo)注在電阻的表面上，如圖3.1(a)所示為碳膜電阻，阻值為10kΩ，精度為1%。圖3.1(c)所示為電阻額定功率的直接標(biāo)識(shí)方法。2．電阻規(guī)格的色環(huán)法

色環(huán)法是是將電阻的類別和主要技術(shù)參數(shù)的數(shù)值用顏色（色環(huán)）標(biāo)注在電阻的表面上，如圖3.1(b)所示。其中，第一、第二色環(huán)表示電阻被乘數(shù)量值；第三環(huán)為倍乘的量值；它們分別用X、Y、Z表示，則電阻值為

:表3.1各種顏色表示的數(shù)值顏色黑棕紅橙黃綠藍(lán)紫灰白金銀無(wú)色表示數(shù)值012345678910-1

10-2表示誤差（%）±1±2±3±4±5±10±20例如：電阻色環(huán)：棕綠紅金

第一位：1；

第二位：5；

10的冪為2（即100）；

誤差為5%

即阻值為：15X100=1500歐=1.5千歐=1.5K有電阻：黃紫紅橙棕

前三位數(shù)字是：472

第四位表示10的3次方，即1000

阻值為：472X1000歐=472千歐（即472K）

一般將電位器的阻值和功耗直接標(biāo)注在器件的表面上，如圖3.1(d)所示兩種電位器，左邊為臥式線性可變電阻器，阻值為0.5kΩ；右邊為旋轉(zhuǎn)式對(duì)數(shù)可變電阻器，阻值為100kΩ。

3．電位器的標(biāo)識(shí)法圖3.1電阻和電位器參數(shù)標(biāo)注方法二、測(cè)量原理和常規(guī)測(cè)試方法

電阻工作于低頻時(shí)其電阻分量起主要作用，電抗部分可以忽略不計(jì)。

1．電阻的頻率特性工作頻率升高時(shí)，等效電路如圖3.2所示。圖3.2電阻的等效電路CRL

2．固定電阻的測(cè)量①萬(wàn)用表測(cè)量②電橋法測(cè)量當(dāng)對(duì)電阻值的測(cè)量精度要求很高時(shí)，可用直流電橋法進(jìn)行測(cè)量。惠斯登電橋的原理如圖3.3所示。圖3.3直流電橋測(cè)電阻RXR1R2RnGE其中R1,R2是固定電阻，稱為比率臂，比例系數(shù)k=R1/R2可通過(guò)量程開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)；為標(biāo)準(zhǔn)電阻,稱為標(biāo)準(zhǔn)臂；為被測(cè)電阻；G為檢流計(jì)。測(cè)量時(shí)，接上被測(cè)電阻，再接通電源，通過(guò)調(diào)節(jié)K和，使電橋平衡，即檢流計(jì)指示為0，此時(shí)，讀出K和的值，即可求得：③伏安法測(cè)量

伏安法測(cè)量原理如圖3.4(a)、(b)所示，有電流表內(nèi)接和電流表外接兩種測(cè)量電路。圖3.4伏安法測(cè)電阻原理圖mARXRA+-+V-RXmARA+-+V-(a)電流表內(nèi)接(b)電流表外接（1）電流表內(nèi)接電流表內(nèi)接時(shí)，電流表的讀數(shù)I等于被測(cè)電阻中流過(guò)的電流，電壓表的讀數(shù)等于被測(cè)電阻上的電壓與電流表上的電壓之和。被測(cè)電阻的測(cè)值為:式中Rx——被測(cè)電阻的實(shí)際值；

RA

——電流表內(nèi)阻。

（2）電流表外接

電流表外接時(shí)，電壓表的讀數(shù)U等于被測(cè)電阻兩端的電壓，電流表的讀數(shù)則是，此時(shí)，被測(cè)電阻的測(cè)量值為:

式中

RX

—被測(cè)電阻的實(shí)際值；

RU—電壓表內(nèi)阻。

用伏安法測(cè)電阻，由于電阻接入的方法不同，測(cè)量值與實(shí)際值有差異。為了盡可能減少系統(tǒng)誤差，一是采用加修正值的方法；二是根據(jù)被測(cè)電阻的阻值范圍合理選用電路。一般的，當(dāng)，可采用電流表內(nèi)接電路；當(dāng)

，可采用電流表外接電路。

3．電位器的測(cè)量①性能測(cè)量主要測(cè)量電阻標(biāo)稱值和端片接觸情況。②用示波器測(cè)量電位器的噪聲示波器可以用來(lái)測(cè)量電位器、變阻器的噪聲。如圖3.5所示。RW圖3.5電位器噪聲測(cè)量接線圖

示波器E輸入輸入4．非線性電阻的測(cè)量

光敏、氣敏、壓敏、熱敏電阻器等，它們的阻值隨著外界光線的強(qiáng)弱、氣體濃度的高低、壓力的大小、電壓的高低、溫度的高低而變化。一般可采用伏安法，即逐點(diǎn)改變電壓的大小，然后測(cè)量相應(yīng)的電流，最后作出伏安特性曲線。3．2．2電容的測(cè)量

電容器在電路中多用來(lái)濾波、隔直、交流耦合、交流旁路及與電感元件構(gòu)成振蕩電路等，是電路中應(yīng)用最多的元件之一。

一、電容的參數(shù)和標(biāo)注方法

1．電容的參數(shù)

電容器的參數(shù)主要有以下幾項(xiàng)。（1）標(biāo)稱電容量和允許誤差標(biāo)注在電容器上的電容量，稱作標(biāo)稱電容量。電容器的實(shí)際電容量與標(biāo)稱電容量的允許最大偏差范圍，稱為允許誤差。（2）額定工作電壓指在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，電容器能夠長(zhǎng)期可靠工作的最高電壓?？煞譃橹绷鞴ぷ麟妷汉徒涣鞴ぷ麟妷?。（3）漏電電阻和漏電電流電容器的漏電流越大，絕緣電阻越小。當(dāng)漏電流較大時(shí)，電容器會(huì)發(fā)熱，發(fā)熱嚴(yán)重時(shí)，電容器因過(guò)熱而損壞。常用電解電容的允許漏電流和相應(yīng)的漏電阻值見(jiàn)表3.2。（4）損耗因數(shù)電容器的損耗因數(shù)定義為損耗功率與存儲(chǔ)功率之比，用D表示。D值越小，損耗越小，電容的質(zhì)量越好。2．電容規(guī)格的標(biāo)注方法電容器的標(biāo)注方法同電阻器一樣，有直標(biāo)法和色標(biāo)法。二、測(cè)量原理和常規(guī)測(cè)試方法1．電容的等效電路電容的實(shí)際等效電路如圖3.6(a)所示。在工作頻率較低時(shí)，等效電路可簡(jiǎn)化為如圖3.6(b)所示。圖3.6電容的等效電路(a)電容的實(shí)際等效電路(b)電容的簡(jiǎn)化等效電路C0R0L0C0R02．性能測(cè)量（1）估測(cè)電容的漏電流（2）判斷電容的極性（3）估測(cè)電容量容量范圍擺動(dòng)（μF）范圍

測(cè)量檔

<10

20~2530~50

>100

R×100略有擺動(dòng)

1/10以下

2/10以下

3/10以下

R×1k2/10以下

3/10以下

6/10以下

7/10以下常用電解電容器的允許漏電流和相應(yīng)的漏電電阻值耐壓（V）容量（μF）允許漏電電流（mA）相應(yīng)的漏電電阻（kΩ）萬(wàn)用表所采用的測(cè)量檔661515200500100200

0.2~0.40.4~0.60.2~0.50.4~0.615~3010~1530~7525~40

R×100

或R×1k252525505050150150305010020301003050

0.2~0.60.2~0.80.3~0.80.2~0.50.2~0.60.5~1.00.5~0.90.6~1.040~12030~12040~80100~25080~25050~100170~300150~250R×1k或R×10k3．諧振法測(cè)量電容交流信號(hào)源、交流電壓表、標(biāo)準(zhǔn)電感L和被測(cè)電容連成如圖3.7所示的并聯(lián)電路。圖3.7諧振法測(cè)電容的原理圖VLRC0信號(hào)源CX（3-3）式中

Cx

—被測(cè)電容的容量；

L—標(biāo)準(zhǔn)電感

C0—標(biāo)準(zhǔn)電感的分布電容。被測(cè)電容值

CX為4．交流電橋法測(cè)量電容量和損耗因數(shù)

①串聯(lián)電橋

圖3.8(a)交流串聯(lián)電橋測(cè)量電容和損耗因素GRXR4R3RnCnCX由電橋的平衡條件可得:（3-4）式中Cx—被測(cè)電容的容量；

Cn—可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電容；

R3,R4—固定電阻。（3-5）式中

—被測(cè)電容的等效串聯(lián)損耗電阻；

—可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電阻；

（3-6）②并聯(lián)電橋的測(cè)量R4R3RnGCnCXRX圖3.8(b)交流并聯(lián)電橋測(cè)量電容、電阻和損耗因素.圖3.8(b)所示并聯(lián)電橋，調(diào)節(jié)和使電橋平衡，此時(shí)根據(jù)下式可求出電容的容量、等效串聯(lián)損耗電阻和損耗參數(shù)。

（3-7）5．電容的數(shù)字化測(cè)量方法

一般采用電容—電壓轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電容的數(shù)字化測(cè)量，轉(zhuǎn)換器如圖3.9所示。圖3.9電容-電壓的轉(zhuǎn)換電路虛部實(shí)部分離電路

R1A+-RxCxUxUrUS式中Rx—被測(cè)電容的等效并聯(lián)損耗電阻；

US—轉(zhuǎn)換器輸入的直流電壓值；

Ur—轉(zhuǎn)換器輸出電壓的實(shí)部值；

RX—轉(zhuǎn)換器輸出電壓的虛部值。（3-8）3．2．3電感的測(cè)量

電感線圈在電路中多與電容一起組成濾波電路、諧振電路等。一、主要參數(shù)1．電感量L

線圈的電感量L也叫自感系數(shù)或自感，是表示線圈產(chǎn)生自感應(yīng)能力的一個(gè)物理量。

（3-9）2.品質(zhì)因數(shù)Q

線圈的品質(zhì)因數(shù)Q也叫Q值，是表示線圈品質(zhì)質(zhì)量的一個(gè)物理量。它是指線圈在某一頻率的交流電壓下工作時(shí)，所呈現(xiàn)的感抗與其等效損耗電阻之比。即:

3．分布電容

線圈的匝與匝間、線圈與屏蔽罩間、線圈與磁芯、底板間存在的電容，均稱為分布電容。分布電容的存在使線圈的Q值減小，穩(wěn)定性變差，因此線圈的分布電容越小越好。

二、測(cè)量原理和常規(guī)測(cè)試方法

1．電感的等效電路等效電路如圖3.10(a)所示。當(dāng)C較小，工作頻率較低時(shí)，分布電容可忽略不計(jì)。等效電路簡(jiǎn)化為圖3.10(b)所示。圖3.10電感的等效電路CRL0(a)電感的實(shí)際等效電路(b)電感的簡(jiǎn)化等效電路RL02．諧振法測(cè)量電感將交流信號(hào)源、交流電壓表、標(biāo)準(zhǔn)電容C和被測(cè)電感連成如圖3.11所示的并聯(lián)電路。圖3.11諧振法測(cè)電感的原理圖VRC0信號(hào)源CLX則被測(cè)電感值Lx為:式中Lx

—被測(cè)電感的電感量；

C—標(biāo)準(zhǔn)電容；

C0—標(biāo)準(zhǔn)電感的分布電容

f1—第一次諧振的頻率。（3-10）.由上述兩式可得:

式中

f2

—第二次諧振的頻率。（3-11）3．交流電橋法測(cè)量電感

①馬氏電