電子元器件測量儀器

電子元器件測量儀器第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/131概述電子元器件中，電阻器、電容器和電感器為基本電路元件；晶體二極管、三極管、場效應(yīng)管、單結(jié)管、晶閘管等為半導(dǎo)體器件；運(yùn)算放大器、數(shù)字邏輯電路、半導(dǎo)體存儲器、微處理器等為集成電路器件。不同類型的電子元器件，需要使用不同的儀器進(jìn)行測量。基本電路元件按其在電路中的工作頻率不同，采用不同的測量方法和儀器。工作在低頻電路中的元件，常采用電橋法測量，通常使用直流電橋、交流電橋和萬用電橋；工作在高頻電路中的元件，常采用諧振法測量，通常使用Q表、高頻電感電容測量儀。因?yàn)榘雽?dǎo)體器件需要測量的參數(shù)很多，有直流參數(shù)、低頻參數(shù)和高頻參數(shù)，應(yīng)根據(jù)需要測量參數(shù)的不同選擇不同的測試儀進(jìn)行測量。常用的儀器有晶體管特性圖示儀、晶體管直流參數(shù)測試儀、h參數(shù)測試儀、Y參數(shù)測試儀和場效應(yīng)管測試儀等。第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/132集總參數(shù)元件特性

電阻器、電容器、電感器這些基本電子元件，由于它們的特性可由兩端的電壓和電流之間的關(guān)系來確切表達(dá)，這種關(guān)系可用參數(shù)來描述，因此又稱集總參數(shù)元件。1.電阻器 具有電阻性質(zhì)的元件稱為電阻器，簡稱電阻，用R表示。電阻在電路中是耗能元件，電阻值的單位是歐姆(Ω),常用單位還有千歐(KΩ)和兆歐(MΩ)。 電阻器的主要參數(shù)有電阻值及其誤差，額定功率，溫度系數(shù)等。實(shí)際應(yīng)用中，需要測量的主要參數(shù)是電阻值。實(shí)際電阻器并不是純電阻，存在引線電感和分布電容，當(dāng)電阻器工作在低頻時(shí)，主要為電阻性質(zhì)，電抗性質(zhì)可忽略。但工作在高頻時(shí)就必須考慮其影響，高頻時(shí)電阻器的等效電路如圖所示。第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/133集總參數(shù)元件特性2.電容器 具有電容性質(zhì)的元件稱為電容器，簡稱電容，用C表示。電容在電路中是一個(gè)儲能元件，電容量的單位法拉(F),常用單位有微法(μF)和皮法(pF)。 實(shí)際電容器由于極間的電介質(zhì)存在漏電阻（RCP），會使電容器消耗一定的能量，這種能量損耗稱為電容器的介質(zhì)損耗，此時(shí)電容器的等效電路如圖所示。 電容器的主要參數(shù)有電容量及其誤差、額定電壓（擊穿電壓）、溫度系數(shù)、損耗因數(shù)等，實(shí)際應(yīng)用中需要測量的是電容量和損耗因數(shù)。第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/134集總參數(shù)元件特性3.電感器 具有電感性質(zhì)的元件稱為電感器，簡稱電感，用L表示。電感在電路中也是一個(gè)儲能元件，電感量的單位是享利(H)。常用單位有毫享(mH)和微享(μH)。 實(shí)際電感器由于線圈存在直流電阻，使電感器消耗一定的能量，這種能量損耗稱為電感器的電阻損耗，此時(shí)電感器的等效電路如下圖所示。其中R的下標(biāo)P表示并聯(lián)；S表示串聯(lián)；L表示電感的等效電阻。第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/135集總參數(shù)元件特性 實(shí)際電感器還存在分布電容，當(dāng)電感器工作在低頻時(shí)，分布電容可忽略。但工作在高頻時(shí)就必須考慮其影響，高頻時(shí)電感器的等效電路如下圖所示。第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/136萬用電橋原理及使用 工作在低頻電路中的元件參數(shù)通常采用電橋法進(jìn)行測量，電橋法實(shí)際上是一種比較測量法，它是把被測量與同類性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，從而確定被測量大小的方法。萬用電橋就是一種在低頻條件下測量電阻、電容和電感參數(shù)的交流阻抗電橋。

1.電橋的分類及平衡條件

直流電橋 平衡條件第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/137萬用電橋原理及使用交流電橋 其工作原理與直流電橋基本相同，所不同的是橋臂由電阻和電抗元件組成，采用交流電源供電，平衡指示表為交流電表，橋臂由電阻和電抗元件組成，因此它可以用來測量交流電阻、電容和電感元件的參數(shù)。

交流電橋的平衡條件有兩個(gè)：一個(gè)是幅度平衡條件，一個(gè)是相位平衡條件。為此，交流電橋至少應(yīng)有兩個(gè)可調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)元件。為了使調(diào)節(jié)方便，交流電橋有兩種基本形式：電阻比率電橋和電阻乘積電橋。第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/138萬用電橋原理及使用2.萬用電橋的組成和工作原理 為了測量使用方便，幾種不同類型的電橋組合起來，使之具有測量電阻、電容和電感元件參數(shù)的功能，這種電橋稱為萬用電橋，電橋主要由測量橋體、音頻振蕩器、交流放大器和平衡指示表(檢流計(jì))幾部分組成，如圖所示。測量橋體由惠斯登電橋、電容串聯(lián)比較電橋(一種比率電橋)、麥?zhǔn)?文氏電橋(一種乘積電橋)組合而成，使用時(shí)通過轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行切換。

音頻振蕩器測量電橋交流放大器平衡指示器第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/139萬用電橋原理及使用3.萬用電橋的使用 DF2811A／DF2811B／DF2812／DF2812A型LCR數(shù)字電橋是以微處理技術(shù)為基礎(chǔ)的自動測量電感L、電容量C、阻抗R、品質(zhì)因素Q、損耗角正切值的智能化參數(shù)測量儀器，其0.1％的基本精度和高分辨率的顯示對于元件測量的質(zhì)量和可靠性的提高將有莫大的幫助。本儀器采用了先進(jìn)的測量原理與五端測量技術(shù)，可以長期精確測量而無需專門調(diào)校。為保證儀器的精確測量，可通過儀器自校準(zhǔn)功能將存在于測試端上的雜散電抗和引線電阻進(jìn)行清“0”。儀器有通用測量夾具和五端測試電纜各一付供用戶選擇使用。（1）主要技術(shù)指示測量參數(shù)：電感量L、電容量C、阻抗R、品質(zhì)因素Q、損耗角正切值D測量頻率：100HZ±0.02％、1KHZ±0.02％、10KHZ±0.02％（DF2811A）100HZ±0.02％、1KHZ±0.02％（DF2812）100HZ±0.02％、120HZ±0.02％、10KHZ±0.02％（DF2812A）測量范圍及精度（如表所示）第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/1310萬用電橋原理及使用測試信號電平：0.3Vrms±10％（空載）測試速度：2～8次/秒，量程鎖定時(shí)為8次/秒工作環(huán)境溫度：0～40℃濕度：不大于90％RH大氣壓力：86～104Kpa使用電源：220V±10％50HZ±2HZ30VA外形尺寸：350×320×100mm重量：約5kg測量范圍及精度L0.1H～9999H±0.1%C0.1pF～19999μF±0.1%R0.0001Ω～99.99MΩ±0.1%Q0.0001～9999±0.15D0.0001～9.999±0.0010第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/1311萬用電橋DF2811A DF2811A前面板第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/1312萬用電橋DF2811A序號名稱說明功能1功能顯示三只LED顯示指示當(dāng)前測量主參數(shù)2主參數(shù)顯示五位數(shù)字顯示顯示L、C、R參數(shù)值3單位顯示三只LED顯示指示當(dāng)前測量主參數(shù)單位4副參數(shù)顯示四位數(shù)字顯示顯示損耗質(zhì)D或品質(zhì)因數(shù)Q5功能顯示兩只LED顯示指示當(dāng)前測量副參數(shù)6頻率鍵選擇加于被測元件上的測試信號的頻率7等效鍵選擇串、并聯(lián)式設(shè)定儀器測量等效電路8速度鍵慢、中、快選擇測量速度9鎖定鍵量程鎖定批量測試時(shí)，提高測量速度10清零鍵測試端開路和短路清零將引線電阻和測試端雜散電抗測量后，在輸出結(jié)果中自動清除11參數(shù)鍵主參數(shù)選擇選擇儀器所需參數(shù)測量狀態(tài)12電源開關(guān)ON狀態(tài)時(shí)電源接通，OFF狀態(tài)時(shí)電源斷開13接地端用于被測元件的屏蔽地14測試端HD、HS、LD、LS測試信號端HD：電源激勵高端LD：電源激勵低端HS：電壓取樣高端LS：電壓取樣低端第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/1313萬用電橋DF2811A使用方法使用前注意事項(xiàng)在對儀器進(jìn)行操作前，首先應(yīng)詳細(xì)閱讀儀器說明書，或在對本儀器熟悉的人員指導(dǎo)下進(jìn)行，以免產(chǎn)生誤操作。電源輸入相線Ｌ零線Ｎ應(yīng)與本儀器電源插頭上標(biāo)志的相線，零線相同。將測試所用夾具或測試電纜連接于本儀器前面板標(biāo)志為HD、HS、LS、LD四個(gè)測試端。在使用測試電纜時(shí)，應(yīng)將HD與HS短接，LD與LS短接。對具有屏蔽外殼的被測件，應(yīng)把屏蔽層與儀器地“┴”相連。儀器應(yīng)在技術(shù)指標(biāo)規(guī)定的環(huán)境中工作，儀器特別是連接試件的測試導(dǎo)線應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場，以免對測量產(chǎn)生干擾。儀器測試完畢或排除故障需打開儀器時(shí)，應(yīng)電源開關(guān)置于OFF位置并拔下電源插頭。儀器測試夾具或測試電纜應(yīng)保持清潔，以保證試件接觸良好，夾具簧片調(diào)整至適當(dāng)?shù)乃删o程度。帶電電容沖擊保護(hù) 本儀器具有專門設(shè)計(jì)帶電電容的抗沖擊電路，使由于帶電電容對儀器的破壞性大大降低。

第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/1314萬用電橋DF2811A操作步驟插上電源插頭，將面板電源開關(guān)按至ON，顯示窗口應(yīng)有不斷反滾的數(shù)字顯示，否則重新啟動電源。預(yù)熱10分鐘，待機(jī)內(nèi)達(dá)到熱平衡后，進(jìn)行正常測試。根據(jù)被測器件，選用合適的測試夾具或電纜，選用測試電纜應(yīng)保證HD、HS和LD、LS分別在末端短接。被測試件引線應(yīng)清潔，與測試端保持良好的接觸。根據(jù)被測件要求選擇相應(yīng)測量條件。根據(jù)被測件的測試標(biāo)準(zhǔn)或使用要求按頻率鍵，選擇相應(yīng)的測量頻率，例DF2811A可選擇100HZ、1KHZ、10KHZ三個(gè)頻率。第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/1315萬用電橋DF2811A儀器以五位數(shù)值顯示主參數(shù)，使用參數(shù)鍵選擇L、C、R，單位如下：L：μH、mH、HC：pF、nF、μFR：Ω、KΩ、MΩ本儀器共分五個(gè)量程，五個(gè)高精密電阻依次應(yīng)用于各個(gè)量程，不同量程決定了不同的測試范圍，所有量程構(gòu)成了儀器完整的測試范圍。量程處于自動狀態(tài)，使用者將試件插入后所獲得的測量值并不直接送顯示，而是首先判斷此測量是否選擇了最佳量程，當(dāng)在最佳量程時(shí)才將數(shù)據(jù)送至顯示器顯示。在此狀態(tài)最多可能需三次才能完成一次測量。當(dāng)量程處于鎖定狀態(tài)時(shí)，儀器量程鎖定于當(dāng)前量程，當(dāng)量程鎖定時(shí)，儀器測試速度為8次/秒，儀器不進(jìn)行量程選擇，可提高機(jī)內(nèi)繼電器使用壽命，降低儀器故障率。使用鎖定鍵應(yīng)首先將一需要批量測試的元件插入測試夾具，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定無誤后鎖定鍵“鎖定”燈亮，設(shè)定便完成了。第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/1316晶體管特性圖示儀

晶體管特性圖示儀是一種采用圖示法直接在示波管上顯示各種晶體管特性曲線的多用途測試儀器，通過儀器的標(biāo)尺刻度可直接讀出晶體管的各項(xiàng)參數(shù)。如測量PNP和NPN三極管的輸入特性、輸出特性、電流放大特性；各種反向飽和電流、各種擊穿電壓、各類晶體二極管的正反向特性；場效應(yīng)管的漏極特性、轉(zhuǎn)移特性、夾斷電壓和跨導(dǎo)等參數(shù)，此外還可測量單結(jié)晶體管和晶閘管的特性參數(shù)。與其他晶體管測試儀相比，晶體管特性圖示儀具有用途廣泛，直接顯示和讀數(shù)簡便等優(yōu)點(diǎn)，尤其是在晶體管的各種極限參數(shù)和擊穿特性的觀測上，由于測試時(shí)采用瞬時(shí)電壓和瞬時(shí)電流，能使被測晶體管只承受瞬時(shí)過載而不致造成損壞，因此對晶體管的測試和晶體管的合理應(yīng)用都帶來極大的方便，但圖示儀不能用于測量晶體管的高頻參數(shù)。第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/1317晶體管特性圖示儀晶體管特性圖示儀的組成和工作原理1.圖示儀的組成 晶體管特性圖示儀是由集電極掃描電壓發(fā)生器、基極階梯信號發(fā)生器、同步脈沖發(fā)生器、X放大器和Y放大器、示波管及控制電路、電源電路幾部分組成，基本組成原理框圖如圖所示。集電極掃描電壓發(fā)生器。可產(chǎn)生如圖所示的集電極掃描電壓，它是正弦半波，幅值可以調(diào)節(jié)，用于形成水平掃描線。第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/1318晶體管特性圖示儀基極階梯信號發(fā)生器?？僧a(chǎn)生基極階梯電流信號，階梯高度可以調(diào)節(jié)，用于形成多條曲線簇。同步脈沖發(fā)生器。用于產(chǎn)生同步脈沖，使上述兩信號達(dá)到同步。X放大器和Y放大器。用于把從被測器件上取出的電壓信號進(jìn)行放大，然后送至示波管的相應(yīng)偏轉(zhuǎn)板上，以形成掃描曲線。示波管及控制電路。它與通用示波器的電路基本相同。電源電路。為儀器提供各種工作電源，包括低壓電源和示波管所需的高頻高壓電源。第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/1319晶體管特性圖示儀2.圖示儀的測量原理（1）二極管正、反向特性曲線的測試原理框圖（2）三極管的輸入、輸出特性曲線測試原理框圖第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/1320晶體管特性圖示儀（3）場效應(yīng)管的漏極和轉(zhuǎn)移特性曲線測試原理框圖晶體管特性圖示儀的使用方法 晶體管特性圖示儀的型號很多，但使用方法基本相同。下面以HZ4832型晶體管特性圖示儀為例，說明圖示儀的主要技術(shù)參數(shù)和使用方法。HZ4832型晶體管特性圖示儀是一種用示波管顯示半導(dǎo)體器件的各種特性曲線，并可測量其表態(tài)參數(shù)的測試儀器。第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/1321晶體管特性圖示儀1.主要技術(shù)指標(biāo)集成極電流范圍（Ic）0.5μA/div～1A/div分20檔誤差不超過±3％（IR）50nA/div～1μA/div分5檔誤差不超過±15％基極電流或基極源電壓0.01V/div誤差不超過±３％外接輸入0.01V/div誤差不超過±３％X軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)（VC）10mV/div～50V/div分12檔誤差不超過3％（VD）300V/div誤差不超過10％基極電流或基極源電壓0.01V/div誤差不超過３％外接輸入0.01V/div誤差不超過３％階梯信號階梯電流范圍：0.5μA級～100mA級分17檔誤差不超過5％階梯電壓范圍：0.05V/極～1V／極分5檔誤差不超過5％串聯(lián)電阻：0、10KΩ、1MΩ分3檔誤差不超過±10％每簇級數(shù)：1～10級連續(xù)可調(diào)。每秒級數(shù)：200極性：正、負(fù)、異分三檔。第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/1322晶體管特性圖示儀集電極掃描信號峰值電壓范圍及電流容量0～5V檔（10A）0～50V檔（1A）0～100V檔（0.5A）0～500V檔（0.1A）0～3K檔（5mA）0～100VAC檔（0.5A）功耗限制電阻0～500KΩ分11檔誤差不超過±10％。2.使用說明第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/1323晶體管特性圖示儀3.HZ4832晶體管特性圖示儀使用范例測試前的注意事項(xiàng)（1）對被測管的主要直流參數(shù)的熟悉與了解，特別要了解該被測管的集電極最大允許耗散功率PCM，集電極對其他極的最大反向擊穿電壓如BVceo，BVcbo，集電極最大允許電流ICM等主要指標(biāo)。（2）在測試前首先要確定被測管極性（即PNP或NPN）。（3）集電極電壓輸出按至其輸出電壓不應(yīng)超過被測管允許的集電極電壓，一般情況下將峰值電壓旋至零，輸出電壓按至合適的檔極，并將功耗電阻置于一定的阻值，同時(shí)將X、Y偏轉(zhuǎn)開關(guān)置于合適的檔極，此檔極以不超過上述幾個(gè)主要直流參數(shù)為原則（實(shí)際上X、Y偏轉(zhuǎn)開關(guān)并不直接影響被測管，但由于所選擇的位置相差過遠(yuǎn)，會不易覺察某些特性已大大超過允許值而導(dǎo)致被測管損壞）。（4）在進(jìn)行ICM的測試時(shí)一般采用單次階梯為宜，以防止被測管的電流擊穿。（5）在進(jìn)行IC或ICM測試中應(yīng)根據(jù)集電極電壓的實(shí)際情況，不應(yīng)超過儀器規(guī)定的最大電流。第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/1324晶體管特性圖示儀測試前的開機(jī)與調(diào)節(jié)（1）開啟電源按下電流開關(guān)，此時(shí)指示燈亮，待預(yù)熱十分鐘后可以進(jìn)行正常測試。在必要時(shí)測量進(jìn)線電壓以在220V±10%的范圍內(nèi)為宜。（2）調(diào)節(jié)輝度聚焦、輔助聚焦調(diào)節(jié)方法：面板上開關(guān)位置按下表所示設(shè)置集電極電源峰值電壓范圍0～5V集電極電壓調(diào)節(jié)0功耗電阻1KΩX軸VC（電壓/度）0.5V/度X工作方式選擇開關(guān)┴（中）Y軸IC（電流/度）1mA/度Y工作方式選擇開關(guān)┴（中）X、Y位移X、Y位移旋鈕置于中心位置第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/1325晶體管特性圖示儀（3）Y、X靈敏度分別進(jìn)行10度校準(zhǔn) 調(diào)節(jié)方法：Y、X移位旋鈕置于中心位置，將Y（或X）方式開關(guān)置“校準(zhǔn)”，“拉?！彪娢黄骼觯藭r(shí)光點(diǎn)應(yīng)有10度偏轉(zhuǎn)，如超過或不到應(yīng)進(jìn)行增益（R120，R159）調(diào)節(jié)。（5）階梯調(diào)零調(diào)節(jié)方法：面板上開關(guān)位置按下表設(shè)置集電極電源峰值電壓范圍0～5V集電極電壓調(diào)節(jié)0極性NPN+功耗電阻1KΩX軸VC（電壓/度）1V/度X工作方式選擇開關(guān)+（上）Y軸IC（電流/度）1μA/度Y工作方式選擇開關(guān)+（上）階梯信號極性+方式重復(fù)輸入正常第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/1326晶體管特性圖示儀 集電極電壓調(diào)節(jié)從0慢慢加大到100％，用Y軸移位將掃描線與第一條線度線重合，然后將Y軸-IC（電流/度）打至階梯位置，屏幕上出現(xiàn)十一條掃描線，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使第一條掃描線與第一條刻度線重合NPN型3DG945晶體管的VCE-IC特性曲線測試（1）面板上開關(guān)位置按表設(shè)置。第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/1327晶體管特性圖示儀集電極電源峰值電壓范圍0～5V集電極電壓調(diào)節(jié)0極性NPN+功耗電阻250ΩX軸VC（電壓/度）0.5V/度X工作方式選擇開關(guān)+（上）Y軸IC（電流/度）1mA/度Y工作方式選擇開關(guān)+（上）階梯信號極性+方