電子測量與儀器課件 第六章 元器件測量與儀器2

RLR圖6.1實際電阻器的等效電路(a)(b)RCSCCRCP圖6.2實際電容器的等效電路Dx=tanδ=RCS/XC=ωCRCS

Dx=tanδ=XC/RCP=1/ωCRCPQ=XL/RLS=ωL/RLSQ=RLP/XL=RLP/ωL集中參數(shù)元件的等效16.4諧振法測量集中參數(shù)元件

諧振法又稱Q表法，是以LC諧振回路諧振特性為基礎(chǔ)而進行測量的方法。在高頻段，諧振法受雜散耦合等的影響較小，且比較符合電感、電容的實際工作情況，因此，諧振法高頻段測量結(jié)果比較可靠，是測量高頻元件的常用方法。6.4.1Q表的組成及工作原理

諧振法構(gòu)成的測量儀器稱為Q表，適合在高頻狀態(tài)下測量電容量、電感量、電容損耗因數(shù)、諧振回路或電感品質(zhì)的因數(shù)。它由測量回路、信號源、耦合回路及Q值電壓表等部分組成，圖6.16為Q表工作原理圖，設(shè)測量回路電流有效值、總電感、總電容為I、L、C。2信號源耦合回路Q值電壓表LxR+－Us測量回路圖6.16Q表工作原理圖CxuAR2R11234CsIoI3測量回路，即LC諧振回路，它由電感、電容及回路等效損耗電阻R組成。Q表就是根據(jù)該回路的諧振特性來測量的。如果測量回路處于諧振狀態(tài)，則存在如下關(guān)系：（6-9）

I=Us/R=UL/XL=UC/XCQ=XL/R=XC/RQ=UC/Us=UL/Us46.4.2測量電感諧振法測量電感，除了依據(jù)式（6-9）直接測量（直接法）外，還包括串聯(lián)替代法和并聯(lián)替代法。1.串聯(lián)替代法(適合測量小電感)如圖6.17所示，圖中信號源與測量回路之間采用的互感耦合方式為松耦合，否則，信號源內(nèi)阻將嚴重影響測量回路的諧振特性而產(chǎn)生諧振點誤判。其測量步驟如下：①將1、2端短接，調(diào)節(jié)Cs到較大電容C1位置，調(diào)節(jié)信號Lx圖6.17串聯(lián)替代法測量電感原理圖M1234CsL信號源V5源頻率，使回路諧振，設(shè)諧振頻率為f0，此時滿足：（6-10）

②去掉1、2之間的短路線，將Lx接入回路，保持信號源頻率f0不變，調(diào)節(jié)Cs至C2使回路重新諧振，此時滿足：（6-11）③求解式（6-10）和式（6-11）組成的方程組，得：2.并聯(lián)替代法并聯(lián)替代法適合測量大電感，始終將圖6.17中1、2兩端Lx圖6.17串聯(lián)替代法測量電感原理圖M1234CsL信號源V6短接。其測量步驟如下：①不接入Lx，調(diào)小可變電容Cs為C1，調(diào)節(jié)信號源頻率使回路諧振，設(shè)諧振頻率為f0，此時滿足：（6-12）②將Lx接至3、4端，保持信號源頻率f0不變，調(diào)節(jié)Cs至C2使回路重新諧振，此時滿足：（6-13）③求解式（6-12）和式（6-13）組成的方程組，得：6.4.3測量電容諧振法測量電容，一般采用串聯(lián)替代法和并聯(lián)替代法。7替代法可以有效地消除分布電容或引線電感所造成的影響。1.串聯(lián)替代法串聯(lián)替代法適合測量大電容，如圖6.17所示。其測量步驟如下：①將1、2端短接，調(diào)小可變電容Cs為C1，調(diào)節(jié)信號源頻率使測量回路諧振，設(shè)諧振頻率為f0。②去掉短路線，將被測電容Cx接至1、2端，保持信號源頻率f0不變，調(diào)節(jié)Cs至C2使測量回路重新諧振。

③上述兩步，測量回路中的電感以及前后兩次的諧振頻率未變，因此，前后兩次測量回路的等效電容值是相等的，即82.并聯(lián)替代法并聯(lián)替代法適合測量小電容，如圖6.17所示，圖中1、2端始終短接或接入一標準電感，其測量步驟如下：1）不接入被測電容Cx，調(diào)大可變電容Cs為C1，調(diào)節(jié)信號源頻率使測量回路諧振，設(shè)諧振頻率為f0。2）將被測電容接至3、4端，保持信號源頻率f0不變，調(diào)節(jié)Cs至C2使測量回路重新諧振。3）上述兩步，測量回路中的電感以及前后兩次的諧振頻率未變，因此，前后兩次測量回路的等效電容值是相等的，即C1=C2+CxCx=C1－C296.4.4Q表實例及使用方法圖6.18為QBG-3型Q表面板結(jié)構(gòu)圖，它的使用方法如下：圖6.18QBG-3型Q表面板圖主調(diào)電容度盤Cx接線柱Lx接線柱開定位零位校直Q值范圍Q值零位校直Q×1定位表Q值定位細調(diào)定位粗調(diào)波段開關(guān)頻率旋鈕pFL.f對照表微調(diào)CL101.測量準備2.電感線圈Q值的測量將被測線圈接到Lx接線柱上；1)調(diào)節(jié)頻率旋鈕及波段開關(guān)至測量所需的頻率點；選擇合適的Q值擋級；調(diào)節(jié)“定位零位校直”旋鈕使定位表指示為零，調(diào)節(jié)定位粗調(diào)及定位細調(diào)旋鈕使定位表指針指到“Q×1”處；2)調(diào)整主調(diào)電容度盤遠離諧振點，再調(diào)節(jié)“Q值零位校直”使Q值表指針指在零點上，最后調(diào)解主調(diào)電容度盤和微調(diào)旋鈕使回路諧振（Q值表指示最大），則Q值表的示值即為被測線圈的Q值。113.電感量的測量首先估計一下被測線圈的電感量，按照表6-2選出對應頻率，再調(diào)節(jié)波段開關(guān)及頻率旋鈕使信號源頻率達到所需頻率值；將“微調(diào)”置于零點，調(diào)節(jié)主調(diào)電容度盤使Q值表指示最大。此時，被測線圈的電感量等于主調(diào)電容度盤上讀出的電感值乘以L、f、倍率對照表中的倍率。表6-2L、f、倍率對照表電感倍率頻率0.1～1μH×0.125.2MHz1.0～10μH×17.95MHz10～100μH×102.52MHz0.1～1.0mH×0.1795kHz1.0～10mH×1252kHz10～100mH×1079.5kHz124.線圈分布電容的測量1)將主調(diào)電容度盤調(diào)至某一適當電容值上（一般為200pF），記為C1；2)再調(diào)節(jié)波段開關(guān)及頻率旋鈕使Q值表指示最大，即找到諧振點f1；3)重新調(diào)節(jié)波段開關(guān)、頻率旋鈕使信號源頻率為f1的兩倍，4)然后調(diào)節(jié)主調(diào)電容度盤使Q值表指示最大，記為C2。則分布電容量C0可由下式計算：C0=(C1－4C2)/3135.電容量的測量被測電容量大小不同，其測量方法也不同。有兩種情況：（1）小于460pF電容的測量可以采用并聯(lián)替代法來測量。從Q表附件中選取一只電感量大于1mH的標準電感接至Lx接線柱，將“微調(diào)”調(diào)到零，主調(diào)電容度盤調(diào)至最大（500pF），記為C1；然后調(diào)節(jié)“定為零位校直”和“Q值零位校直”旋鈕使定位表及Q值表指示為零，再調(diào)節(jié)定位粗調(diào)及定位細調(diào)旋鈕使定位表指針指在“Q×1”處；最后調(diào)節(jié)頻率旋鈕及波段開關(guān)，使Q值表指示最大。將被測電容接至Cx接線柱，重調(diào)主調(diào)電容度盤使Q值表指示最大，此時度盤讀數(shù)為C2，則被測電容Cx等于：Cx=C1-C2146.電容損耗因數(shù)的測量首先將主調(diào)電容度盤調(diào)至500pF，記為C1，將大于1mH的標準電感接至Lx接線柱，調(diào)節(jié)波段開關(guān)及頻率旋鈕使Q值表指示最大，設(shè)它的讀數(shù)為Q1；然后將被測電容并接于Cx接線柱上，調(diào)小主調(diào)電容度盤至某值，設(shè)為C2，重調(diào)信號源頻率使Q值表再次指示最大，設(shè)讀數(shù)為Q2，則損耗因數(shù)Dx為：7.注意事項使用Q表測量過程中應注意，被測元件不能直接放在儀器頂板上，要加一塊高頻損耗小的如聚乙烯之類的襯墊板；被測元件接線要短且接觸良好；被測元件的屏蔽罩要接到低電位接線柱上。156.5晶體管特性圖示儀及應用------>元器件測試1、采用圖示法在熒光屏上直接顯示各種晶體管、場效應管等的特性曲線，2、并據(jù)此測算出元器件各項參數(shù)的儀器，例如測量PNP和NPN型三極管的輸入特性、輸出特性、電流放大特性；各種反向飽和電流、擊穿電壓，各類晶體二極管的正反向特性等晶體管特性圖示儀特點：1、具有用途廣泛、直接顯示、使用方便、操作簡單等優(yōu)點。2、尤其在晶體管各種極限參數(shù)和擊穿特性的觀測時，采用瞬時電壓和瞬時電流能使被測晶體管只承受瞬時過載而不會造成損壞。3、不能用于測量晶體管的高頻參數(shù)。166.5.1晶體管特性圖示儀的組成

圖6.19是共發(fā)射極NPN型三極管輸出特性曲線及其逐點測量法示意圖。晶體管特性儀的測量為動態(tài)測量法，逐點測量法是晶體管特性圖示儀的測量原理基礎(chǔ)。VAVARBRCECEBIB0=0IB1IB2IB3IB4uCE(t)iC(t)0(b)(a)圖6.19晶體三極管輸出特性曲線及逐點測量法示意圖17晶體管特性圖示儀應具備以下功能：①能夠提供測試過程所需的各種基極電流IB。②每一個固定IB期間，集電極電壓EC應作相應改變。③能夠及時取出各組uCE及iC值送顯示電路。晶體管特性圖示儀主要由階梯波發(fā)生器、集電極掃描信號源、測試變換電路、控制電路、X-Y方式示波器等部分組成，如圖6.20所示。18uCE(t)iC(t)uCE(t)IBttt1t2t3t4t51234t1t2(a)(b)(c)(d)圖6.21晶體管特性圖示儀各點波形121221圖6-22脈沖階梯波19

6.5.2階梯波信號源

阻容移相器整流器脈沖形成級階梯波形成級階梯波放大器開關(guān)電路圖6.24階梯波信號源組成框圖－∞++運放SC2+UC2C1+VD1VD2UoUi++－－圖6.25密勒積分型階梯波形成電路UA+－206.5.3晶體管特性圖示儀的使用

1.XJ4810型晶體管特性圖示儀的面板結(jié)構(gòu)

21XJ4810型半導體管特性圖示儀+－10V50V100V500VAC集電極電源峰值電壓%功耗限制電阻Ω電容平衡輔助電容平衡增益拉出×0.1YXmAICuAIRuAA外接UCE外接UBE電流/度電壓/度顯示變換校準階梯信號級/簇調(diào)零010kΩ1MΩ串聯(lián)電阻VuAmA電壓—電流/級+－重復關(guān)單簇按101增益U圖6.26XJ4810型半導體圖示儀面板圖拉—電源開22（1）電源及示波管控制部分電源及示波管控制部分開關(guān)旋鈕包括：聚焦、輔助聚焦、輝度及電源開關(guān)，各自的使用方法與示波器相似。（2）集電極電源1）“峰值電壓范圍”選擇開關(guān)“峰值電壓范圍”選擇開關(guān)用于選擇集電極電源最大值。其中AC擋能使集電極電源變?yōu)殡p向掃描，使屏幕同時顯示出被測二極管的正、反方向特性曲線。當電壓由低擋換向高擋時，應先將“峰值電壓%”旋鈕旋至0。2）“峰值電壓%”旋鈕調(diào)節(jié)“峰值電壓%”旋鈕使集電極電源在確定的峰值電壓范圍內(nèi)連續(xù)變化。233）“+、—”極性按鍵開關(guān)按下“+、—”極性按鍵開關(guān)時集電極電源極性為負，彈起時為正。4）“電容平衡”、“輔助電容平衡”旋鈕當Y軸為較高電流靈敏度時，調(diào)節(jié)“電容平衡”、“輔助電容平衡”旋鈕兩旋鈕使儀器內(nèi)部容性電流最小，使熒光屏上的水平線基本重疊為一條。一般情況下無需調(diào)節(jié)。5）“功耗限制電阻”旋鈕“功耗限制電阻”旋鈕用于改變集電極回路電阻的大小。測量被測管的正向特性時應置于低電阻擋，測量反向特性時應置于高阻擋。（3）Y軸部分241）“電流/度”旋鈕“電流/度”旋鈕是測量二極管反向漏電流IR及三極管集電極電流IC的量程開關(guān)。當開關(guān)置于“”（該擋稱為基極電流或基極源電壓）位置時，可使屏幕Y軸代表基極電流或電壓；當開關(guān)置于“外接”時，Y軸系統(tǒng)處于外接收狀態(tài)，外輸入端位于儀器左側(cè)面。2）“移位”旋鈕“移位”旋鈕可進行垂直移位外，還兼作倍率開關(guān)，當旋鈕拉出時，指示燈亮，Y軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)縮小為原來的1/10。3）“增益”電位器“增益”電位器用于調(diào)整Y軸放大器的總增益，即Y軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)。一般情況下無需經(jīng)常調(diào)整。

25（4）X軸部分1）“電壓/度”旋鈕“電壓/度”旋鈕是集電極電壓UCE及基極電壓UBE的量程開關(guān)。當開關(guān)置于“”位置時，可使屏幕X軸代表基極電流或電壓；當開關(guān)置于“外接”時，X軸系統(tǒng)處于外接收狀態(tài)，外輸入端位于儀器左側(cè)面。2）“增益”電位器“增益”電位器用于調(diào)整X軸放大器的總增益，即X軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)。一般情況下無需經(jīng)常調(diào)整。（5）顯示部分1）“變換”選擇開關(guān)26“變換”選擇開關(guān)用于同時變換集電極電源及階梯信號的極性，以簡化NPN型管與PNP管轉(zhuǎn)測時的操作。2）“⊥”按鍵開關(guān)“⊥”按鍵開關(guān)按下時，可使X、Y放大器的輸入端同時接地，以確定零基準點。3）“校準”按鍵開關(guān)“校準”按鍵開關(guān)用于校準X軸及Y軸放大器增益。開關(guān)按下時，在熒光屏有刻度的范圍內(nèi)，亮點應自左下角準確地跳至右上角，否則應調(diào)節(jié)X軸或Y軸的增益電位器來校準。（6）階梯信號1）“電壓—電流/級”旋鈕“電壓—電流/級”旋鈕用于確定每級階梯的電壓值或電流27值。2）“串聯(lián)電阻”開關(guān)“串聯(lián)電阻”開關(guān)用于改變階梯信號與被測管輸入端之間所串接的電阻大小，但只有當電壓—電流/級開關(guān)置于電壓擋時，本開關(guān)才起作用。3）“級/簇”旋鈕“級/簇”旋鈕用于調(diào)節(jié)階梯信號一個周期的級數(shù)，可在1～10級之間連續(xù)調(diào)節(jié)。4）“調(diào)零”旋鈕“調(diào)零”旋鈕用于調(diào)節(jié)階梯信號起始級電平，正常時該級為零電平。285）“+、－”極性按鍵開關(guān)“+、－”極性按鍵開關(guān)用于確定階梯信號的極性。6）“重復—關(guān)”按鍵開關(guān)“重復—關(guān)”按鍵開關(guān)彈起時，階梯信號重復出現(xiàn)，用作正常測試；當開關(guān)按下時，階梯信號處于待觸發(fā)狀態(tài)。7）“單簇按”開關(guān)“單簇按”開關(guān)與“重