電子測(cè)量第3章1部分

1、第3章 電路元件參數(shù)(cnsh)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(mén)電路的作用和主要參數(shù)進(jìn)行介紹；描述(mio sh)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。共六十三頁(yè)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(mén)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(shyng)方法。共六十三頁(yè)本章(bn zhn)使用的主要儀器模擬(mn)萬(wàn)用表 數(shù)字萬(wàn)用表共六十三頁(yè)直流電橋共六十三頁(yè)交流電橋共六十三頁(yè)手持式數(shù)字(shz)LCR測(cè)試儀 共六十三頁(yè)電阻(

2、dinz)、電感及電容參數(shù)測(cè)試儀共六十三頁(yè)臺(tái)式雙顯示(xinsh)數(shù)字LCR測(cè)試儀 共六十三頁(yè)晶體管圖示儀共六十三頁(yè)數(shù)字集成電路(jchng-dinl)參數(shù)測(cè)試儀共六十三頁(yè)3.1 概述(i sh) 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(jchng-dinl)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。共六十三頁(yè)3.2 電路元件參數(shù)的測(cè)量 321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(fn li)以及阻抗匹配等，是電路中應(yīng)用最多的元件之一。 共六十三頁(yè)

3、一、電阻(dinz)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(tiojin)下長(zhǎng)期連續(xù)工作所允許承受的最大功率。共六十三頁(yè)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(z zh)為10k，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。共六十三頁(yè)2電阻(dinz)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，

4、如圖3.1(b)所示。其中，第一、第二色環(huán)表示(biosh)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(biosh)，則電阻值為 :共六十三頁(yè)表3.1各種顏色(yns)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 23451020共六十三頁(yè)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(zhng)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

5、） 共六十三頁(yè) 一般將電位器的阻值和功耗(n ho)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0.5k；右邊為旋轉(zhuǎn)式對(duì)數(shù)可變電阻器，阻值為100k。 3電位器的標(biāo)識(shí)(biozh)法共六十三頁(yè)圖3.1電阻和電位器參數(shù)標(biāo)注(bio zh)方法共六十三頁(yè)二、測(cè)量原理和常規(guī)測(cè)試方法 電阻(dinz)工作于低頻時(shí)其電阻(dinz)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(dinz)的等效電路CRL共六十三頁(yè)2固定電阻的測(cè)量萬(wàn)用表測(cè)量電橋法測(cè)量當(dāng)對(duì)電阻值的測(cè)量精度要求(yoqi)很高時(shí)，可用直

6、流電橋法進(jìn)行測(cè)量?；菟沟请姌虻脑砣鐖D3.3所示。圖3.3 直流電橋測(cè)電阻(dinz)RXR1R2RnGE共六十三頁(yè)其中R1,R2是固定電阻，稱為(chn wi)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 ： 共六十三頁(yè)共六十三頁(yè)伏安法測(cè)量 伏安法測(cè)量原理(yunl)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(f n)法測(cè)電阻原理圖mARXRA+-+V-RXmARA+-+V-(a)

7、電流表內(nèi)接(b)電流表外接共六十三頁(yè)（1）電流表內(nèi)接 電流(dinli)表內(nèi)接時(shí)，電流(dinli)表的讀數(shù)I等于被測(cè)電阻 中流過(guò)的電流(dinli) ，電壓表的讀數(shù)等于被測(cè)電阻 上的電壓與電流(dinli)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(shj)值； RA 電流表內(nèi)阻。 共六十三頁(yè)（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(lin dun)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。 共六十三頁(yè)用伏安法測(cè)電阻，由于(yuy)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

8、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。 共六十三頁(yè)3電位器的測(cè)量性能測(cè)量主要測(cè)量電阻標(biāo)稱值和端片接觸情況。用示波器測(cè)量電位器的噪聲(zoshng)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。共六十三頁(yè)RW圖3.5 電位器噪聲(zoshng)測(cè)量接線圖 示波器E輸入輸入共六十三頁(yè)4非線性電阻(dinz)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(wiji)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

9、測(cè)量相應(yīng)的電流，最后作出伏安特性曲線。共六十三頁(yè)322電容(dinrng)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(zhyo)有以下幾項(xiàng)。共六十三頁(yè)（1）標(biāo)稱電容量和允許(ynx)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?。共六十三頁(yè)（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。

10、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)(cn ch)功率之比，用D表示。D值越小，損耗越小，電容的質(zhì)量越好。共六十三頁(yè)共六十三頁(yè)2電容規(guī)格(gug)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。共六十三頁(yè)二、測(cè)量原理(yunl)和常規(guī)測(cè)試方法1電容(dinrng)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C0R0L0

11、C0R0共六十三頁(yè)2性能測(cè)量(cling)（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)（F）范圍 測(cè)量檔 100 R100略有擺 動(dòng) 1/10以下 2/10以下 3/10以下 R1k2/10以下 3/10以下 6/10以下 7/10以下共六十三頁(yè)常用電解(dinji)電容器的允許漏電流和相應(yīng)的漏電電阻值耐壓（V） 容量（F） 允許漏電電流 （mA） 相應(yīng)的漏電電阻 （k） 萬(wàn)用表所采用的測(cè)量檔 661515 200500100200 0.20.40.40.60.20.50.40.61530101530752540 R100 或R1k25252550505015015

12、0305010020301003050 0.20.60.20.80.30.80.20.50.20.60.51.00.50.90.61.0401203012040801002508025050100170300150250R1k或R10k共六十三頁(yè)3諧振(xizhn)法測(cè)量電容交流信號(hào)源、交流電壓表、標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)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共六十三頁(yè) （3-3）式中 Cx 被測(cè)電容的容量(rngling)； L標(biāo)準(zhǔn)電感 C0標(biāo)準(zhǔn)電感的分布電容。被測(cè)電容(dinrng)值 CX為共六十三頁(yè)4交流電橋法測(cè)量電容量和損耗因數(shù)(

13、ynsh)串聯(lián)電橋 圖3.8 (a)交流串聯(lián)電橋測(cè)量(cling)電容和損耗因素GRXR4R3RnCnCX共六十三頁(yè)由電橋(din qio)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)(biozhn)電容； R3 , R4固定電阻。共六十三頁(yè)（3-5）式中 被測(cè)電容的等效串聯(lián)損耗(snho)電阻； 可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電阻； （3-6） 共六十三頁(yè)并聯(lián)(bnglin)電橋的測(cè)量R4R3RnGCnCXRX圖3.8 (b)交流并聯(lián)電橋(din qio)測(cè)量電容、電阻和損耗因素共六十三頁(yè).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(snho)電

14、阻和損耗(snho)參數(shù)。 （3-7）共六十三頁(yè)5電容(dinrng)的數(shù)字化測(cè)量方法 一般(ybn)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共六十三頁(yè)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(shr)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）共六十三頁(yè)323 電感(din n)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(nngl)的一個(gè)物理

15、量。共六十三頁(yè) （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(gngzu)時(shí)，所呈現(xiàn)的感抗與其等效損耗電阻之比。即: 共六十三頁(yè)3分布電容 線圈的匝與匝間、線圈與屏蔽(pngb)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。 共六十三頁(yè)二、測(cè)量原理(yunl)和常規(guī)測(cè)試方法 1電感(din n)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

16、路CRL0(a) 電感的實(shí)際等效電路(b) 電感的簡(jiǎn)化等效電路RL0共六十三頁(yè)2諧振(xizhn)法測(cè)量電感 將交流信號(hào)源、交流電壓表、標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)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共六十三頁(yè)則被測(cè)電感(din n)值Lx為:式中 Lx 被測(cè)電感(din n)的電感(din n)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）共六十三頁(yè).由上述(shngsh)兩式可得: 式中 f2 第二次諧振(xizhn)的頻率。（3-11）共六十三頁(yè)3交流電橋法測(cè)量(cling)電感 馬氏電橋(din

17、qio)RXR3RnCnLXR2G3.12(a)馬氏電橋共六十三頁(yè)由電橋平衡條件可得式中 Lx被測(cè)電感； Cx標(biāo)準(zhǔn)電容； Rx被測(cè)電感的損耗(snho)電阻。 （3-12）共六十三頁(yè).海氏電橋R2GR3LXRXCnRn3.12(b)海式電橋(din qio)共六十三頁(yè). （3-13） 電橋法測(cè)量電感(din n)一般適用于低頻運(yùn)用的電感(din n)，尤其適用于有鐵芯的大電感(din n)。如圖3.12(b)所示，同樣(tngyng)由電橋平衡條件可得共六十三頁(yè) 4通用儀器測(cè)量(cling)電感通用儀器測(cè)量電感的理論依據(jù)是復(fù)數(shù)歐姆定律 ，電路原理如圖3.13所示。圖3.13 通用儀器測(cè)電感的原理圖信號(hào)源V1R1LXR2V2共六十三頁(yè)所以(suy) （3-14） 式中 被測(cè)電感(din n)； 電流取樣電阻；電感兩端的電壓； 電阻兩端的電壓。共六十三頁(yè)5電感的數(shù)字化測(cè)量方法一般(ybn)采用電感電壓轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電感的數(shù)字化測(cè)量，該轉(zhuǎn)換器如圖3.14所示。圖3.14電感-電壓的轉(zhuǎn)換電路LX虛部實(shí)部分離電路 R1A+-RxUxUrUS共六十三頁(yè)利用實(shí)部、虛部分(b fen)離電路可得： （3-15）共六十三頁(yè)內(nèi)容摘要第3章 電路元件參數(shù)測(cè)量方法和儀器。321電阻和電位