电子测量与仪器课件 第六章 元器件测量与仪器2讲解

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1、第6章 电子元器件测量与仪器 RLR 图6.1 实际电阻器的等效电路 (a) (b) RCS C C RCP 图6.2 实际电容器的等效电路 Dx=tan=RCS/XC=CRCS Dx=tan= XC/RCP =1/CRCP Q=XL/RLS=L/RLS Q=RLP/XL= RLP/L 集中参数元件的等效 1 第6章 电子元器件测量与仪器 6.4 谐振法测量集中参数元件 谐振法又称Q表法，是以LC谐振回路谐振特性为基础 而进行测量的方法。在高频段，谐振法受杂散耦合等的影响较 小，且比较符合电感、电容的实际工作情况，因此，谐振法高 频段 测量结果比较可靠，是测量高频元件的常用方法。 6.4.1

2、Q表的组成及工作原理 谐振法构成的测量仪器称为Q表，适合在高频状态下 测量电容量、电感量、电容损耗因数、谐振回路或电感品质的 因数。它由测量回路、信号源、耦合回路及Q值电压表等部分 组成，图6.16为Q表工作原理图，设测量回路电流有效值、总 电感、总电容为I、L、C。 2 第6章 电子元器件测量与仪器 信号源 耦合回路 Q值 电压 表 Lx R + Us 测量回路 图6.16 Q表工作原理图 Cx uA R2 R1 1 2 3 4 Cs Io I 3 第6章 电子元器件测量与仪器 测量回路，即LC谐振回路，它由电感、电容及回路等效 损耗电阻R组成。Q表就是根据该回路的谐振特性来测量的。 如果测

3、量回路处于谐振状态，则存在如下关系： （6-9） I=Us/R=UL/XL=UC/XC Q=XL/R=XC/R Q=UC/Us=UL/Us 4 第6章 电子元器件测量与仪器 6.4.2 测量电感 谐振法测量电感，除了依据式（6-9）直接测量（直接法 ）外，还包括串联替代法和并联替代法。 1. 串联替代法 ( 适合测量小电感) 如图6.17所示，图中信号源与测量回路之间采用的互感 耦合方式为松耦合，否则，信号源内阻将严重影响测量回路 的谐振特性而产生谐振点误判。其测量步骤如下： 将1、2端短接，调节Cs到较大电容C1位置，调节信号 Lx 图6.17 串联替代法测量电感原理图 M 12 3 4 C

4、s L 信号源 V 5 第6章 电子元器件测量与仪器 源频率，使回路谐振，设谐振频率为f0，此时满足： （6-10） 去掉1、2之间的短路线， 将Lx接入回路，保持信号源频率 f0不变，调节Cs至C2使回路重新谐振，此时满足： （6-11） 求解式（6-10）和式（6-11）组成的方程组，得： 2. 并联替代法 并联替代法适合测量大电感，始终将图6.17中1、2 两端 Lx 图6.17 串联替代法测量电感原理图 M 12 3 4 Cs L 信号源 V 6 第6章 电子元器件测量与仪器 短接。其测量步骤如下： 不接入Lx，调小可变电容Cs为C1，调节信号源频 率使回路谐振，设谐振频率为f0，此时

5、满足： （6-12） 将Lx接至3、4端，保持信号源频率f0不变，调节Cs 至C2使回路重新谐振，此时满足： （6-13） 求解式（6-12）和式（6-13）组成的方程组，得： 6.4.3 测量电容 谐振法测量电容，一般采用串联替代法和并联替代 法。 7 第6章 电子元器件测量与仪器 替代法可以有效地消除分布电容或引线电感所造成的影 响。 1. 串联替代法 串联替代法适合测量大电容，如图6.17所示。其测 量步骤如下： 将1、2端短接，调小可变电容Cs为C1，调节信号 源频率使测量回路谐振，设谐振频率为f0。 去掉短路线，将被测电容Cx接至1、2端，保持信 号源频率f0不变，调节Cs至C2使测

6、量回路重新谐振。 上述两步，测量回路中的电感以及前后两次的谐 振频率未变，因此，前后两次测量回路的等效电容值是相等 的，即 8 第6章 电子元器件测量与仪器 2. 并联替代法 并联替代法适合测量小电容，如图6.17所示，图中1、2 端始终短接或接入一标准电感，其测量步骤如下： 1）不接入被测电容Cx，调大可变电容Cs为C1，调节信号 源频率使测量回路谐振，设谐振频率为f0。 2）将被测电容接至3、4端，保持信号源频率f0不变，调 节Cs至C2使测量回路重新谐振。 3）上述两步，测量回路中的电感以及前后两次的谐振频 率未变，因此，前后两次测量回路的等效电容值是相等的， 即 C1=C2+Cx Cx

7、=C1C2 9 第6章 电子元器件测量与仪器 6.4.4 Q表实例及使用方法 图6.18为QBG-3型Q表面板结构图，它的使用方法如下： 图6.18 QBG-3型Q表面板图 主调电容度盘 Cx接线柱 Lx接线柱 开定位零位校直 Q值范围Q值零位校直 Q1 定位表 Q值 定位细调定位粗调 波段开关 频率旋钮 pF L. f对照表 微调 C L 10 第6章 电子元器件测量与仪器 1. 测量准备 2. 电感线圈Q值的测量 将被测线圈接到Lx接线柱上； 1)调节频率旋钮及波段开关至测量所需的频率点；选择 合适的Q值挡级；调节“定位零位校直”旋钮使定位表指示为零 ，调节定位粗调及定位细调旋钮使定位表指

8、针指到“Q1”处 ； 2)调整主调电容度盘远离谐振点，再调节“Q值零位校直” 使Q值表指针指在零点上，最后调解主调电容度盘和微调旋钮 使回路谐振（Q值表指示最大），则Q值表的示值即为被测线 圈的Q值。 11 第6章 电子元器件测量与仪器 3. 电感量的测量 首先估计一下被测线圈的电感量，按照表6-2选出对应频 率，再调节波段开关及频率旋钮使信号源频率达到所需频率 值；将“微调”置于零点，调节主调电容度盘使Q值表指示最 大。此时，被测线圈的电感量等于主调电容度盘上读出的电 感值乘以L、f、倍率对照表中的倍率。 表6-2 L、f、倍率对照表 电感倍率频率 0.11H0.125.2MHz 1.010

9、H17.95MHz 10100H102.52MHz 0.11.0mH0.1795kHz 1.010mH1252kHz 10100mH1079.5kHz 12 第6章 电子元器件测量与仪器 4. 线圈分布电容的测量 1)将主调电容度盘调至某一适当电容值上（一般为200pF ），记为C1； 2)再调节波段开关及频率旋钮使Q值表指示最大，即找到 谐振点f1； 3)重新调节波段开关、频率旋钮使信号源频率为f1的两倍 ， 4)然后调节主调电容度盘使Q值表指示最大，记为C2。则 分布电容量C0可由下式计算： C0=(C14C2)/3 13 第6章 电子元器件测量与仪器 5. 电容量的测量 被测电容量大小不

10、同，其测量方法也不同。有两种情况 ： （1）小于460pF电容的测量 可以采用并联替代法来测量。从Q表附件中选取一只电 感量大于1mH的标准电感接至 Lx接线柱，将“微调”调到零， 主调电容度盘调至最大（500pF），记为C1；然后调节“定为 零位校直”和“Q值零位校直”旋钮使定位表及Q值表指示为零 ，再调节定位粗调及定位细调旋钮使定位表指针指在“Q1” 处；最后调节频率旋钮及波段开关，使Q值表指示最大。将被 测电容接至Cx接线柱，重调主调电容度盘使Q值表指示最大， 此时度盘读数为C2，则被测电容Cx等于： Cx=C1-C2 14 第6章 电子元器件测量与仪器 6. 电容损耗因数的测量 首先将

11、主调电容度盘调至500pF，记为C1，将大于1mH的 标准电感接至Lx接线柱，调节波段开关及频率旋钮使Q值表指 示最大，设它的读数为Q1；然后将被测电容并接于Cx接线柱 上，调小主调电容度盘至某值，设为C2，重调信号源频率使Q 值表再次指示最大，设读数为Q2，则损耗因数Dx为： 7.注意事项 使用Q表测量过程中应注意，被测元件不能直接放在仪器顶板 上，要加一块高频损耗小的如聚乙烯之类的衬垫板；被测元 件接线要短且接触良好；被测元件的屏蔽罩要接到低电位接 线柱上。 15 第6章 电子元器件测量与仪器 6.5 晶体管特性图示仪及应用-元器件测试 1、采用图示法在荧光屏上直接显示各种晶体管、场效应管

12、 等的特性曲线， 2、并据此测算出元器件各项参数的仪器，例如测量PNP和 NPN型三极管的输入特性、输出特性、电流放大特性；各种反向 饱和电流、击穿电压，各类晶体二极管的正反向特性等 晶体 管特性图示仪特点： 1、具有用途广泛、直接显示、使用方便、操作简单等优点 。 2、尤其在晶体管各种极限参数和击穿特性的观测时，采用 瞬时电压和瞬时电流能使被测晶体管只承受瞬时过载而不会造成 损坏。 3、不能用于测量晶体管的高频参数。 16 第6章 电子元器件测量与仪器 6.5.1 晶体管特性图示仪的组成 图6.19是共发射极NPN型三极管输出特性曲线及其 逐点测量法示意图。 晶体管特性仪的测量为动态测量法

13、，逐点测量法是晶体管特性图示仪的测量原理基础。 V A V A RB RC EC EB IB0=0 IB1 IB2 IB3 IB4 uCE(t) iC(t) 0 (b)(a) 图6.19 晶体三极管输出特性曲线及逐点测量法示意图 17 第6章 电子元器件测量与仪器 晶体管特性图示仪应具备以下功能： 能够提供测试过程所需的各种基极电流IB。 每一个固定IB期间，集电极电压EC应作相应改变。 能够及时取出各组uCE及iC值送显示电路。 晶体管特性图示仪主要由阶梯波发生器、集电极扫描信 号源、测试变换电路、控制电路、X-Y方式示波器等部分组 成，如图6.20所示。 18 第6章 电子元器件测量与仪器

14、 uCE(t) iC(t) uCE(t) IB t t t1t2 t3 t4 t5 1 2 3 4 t1 t2 (a) (b) (c) (d) 图6.21 晶体管特性图示仪各点波形 12 1 2 2 1 图6-22 脉冲阶梯波 19 第6章 电子元器件测量与仪器 6.5.2 阶梯波信号源 阻容 移相器 整流器 脉冲 形成级 阶梯波 形成级 阶梯波 放大器 开关电路 图6.24 阶梯波信号源组成框图 + + 运放 S C2+ UC2 C1+ VD1 VD2 UoUi + 图6.25 密勒积分型阶梯波形成电路 UA + 20 第6章 电子元器件测量与仪器 6.5.3 晶体管特性图示仪的使用 1.

15、XJ4810型晶体管特性图示仪的面板结构 21 第6章 电子元器件测量与仪器 XJ4810型半导体管特性图示仪 + 10V 50V 100V 500V AC 集电极电源 峰值电压%功耗限制电阻 电容平衡 辅助电容平衡 增益 拉出0.1 YX mA IC uA IR uA A 外接 UCE 外接 UBE 电流/度 电压/度 显示 变换校准 阶梯信号 级/簇调零 0 10k 1M 串联电阻 V uA mA 电压电流/级 + 重复 关 单簇按 101 增益 U 图6.26 XJ4810型半导体图示仪面板图 拉电源开 22 第6章 电子元器件测量与仪器 （1）电源及示波管控制部分 电源及示波管控制部分

16、开关旋钮包括：聚焦、辅助聚焦 、辉度及电源开关，各自的使用方法与示波器相似。 （2）集电极电源 1）“峰值电压范围”选择开关 “峰值电压范围”选择开关用于选择集电极电源最大值。 其中AC挡能使集电极电源变为双向扫描，使屏幕同时显示出 被测二极管的正、反方向特性曲线。当电压由低挡换向高挡 时，应先将“峰值电压%”旋钮旋至0。 2）“峰值电压%”旋钮 调节“峰值电压%”旋钮使集电极电源在确定的峰值电压 范围内连续变化。 23 第6章 电子元器件测量与仪器 3）“+、”极性按键开关 按下“+、”极性按键开关时集电极电源极性为负，弹起 时为正。 4）“电容平衡”、“辅助电容平衡”旋钮 当Y轴为较高电流灵敏度时，调节“电容平衡”、“辅助电 容平衡”旋钮两旋钮使仪器内部容性电流最小，使荧光屏上的 水平线基本重叠为一条。一般情况下无需调节。 5）“功耗限制电阻”旋钮 “功耗限制电阻”旋钮