第三章.电路元件参数的测量

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1、第3章 电路元件参数测量方法和仪器内容提要：对常用电路元件电阻、电容、电感 、半导体二极管、半导体三极管和集成门 电路的作用和主要参数进行介绍；描述电 路元件参数的测量方法；特别对常用晶体 管图示仪的工作原理和应用进行介绍。重点：掌握电阻、电容、电感、半导体二 极管、半导体三极管和集成门电路的 主要参数和常规测试方法；掌握晶体 管图示仪的工作原理和使用方法。本章使用的主要仪器u模拟万用表 数字万用表直流电桥交流电桥手持式数字LCR测试仪 电阻、电感及电容参数测试仪台式双显示数字LCR测试仪 晶体管图示仪数字集成电路参数测试仪3.1 概述电路元件如电阻器、电容器、电 感器、晶体二极管、晶体三极管

2、和集成 电路等是组成电子电路最基本的元件， 它们的质量和性能的好坏直接影响电路 的性能。电路元件的测量必须保证测试 条 件与规定的标准工作条件相符合。3.2 电路元件参数的测量 u321电阻和电位器的测量u 电阻和电位器在电路中多用来进行限 流、分压、分流以及阻抗匹配等，是电路 中应用最多的元件之一。一、电阻和电位器的参数电阻的参数包括标称阻值、额定功 率、精度、最高工作温度、最高工作电 压、噪声系数及高频特性等，主要参数 为标称阻值和额定功率。u 标称阻值是指电阻上标注的电阻值 ；额定功率是指电阻在一定条件下长期 连续工作所允许承受的最大功率。u1 电阻规格的直标法u 直标法是将电阻的类别

3、和主要技 术参数的数值直接标注在电阻的表面上 ，如图3.1(a)所示为碳膜电阻，阻值为 10k，精度为1%。图3.1(c)所示为电 阻额定功率的直接标识 方法。1/8W 1/4W 1/2W 1W 2W 5W 10W 电阻器的额定功率的图形符号 2电阻规格的色环法u 色环法是是将电阻的类别和主要 技术参数的数值用颜色（色环）标注 在电阻的表面上，四环电阻第一、第 二色环表示电阻被乘数量值；第三环 为倍乘的量值；第四为允许误差。前 三位分别用X、Y、Z表示，则电阻值为 :表3.1各种颜色表示的数值颜色 黑棕红橙黄绿蓝紫灰白金银无色表示数值 012345678910-1 10-2 表示误差 （%）

4、1 23451020五环电阻第一、第二、第三色环表示电五环电阻第一、第二、第三色环表示电 阻被乘数量值；第四环为倍乘的量值；阻被乘数量值；第四环为倍乘的量值；一般将电位器的阻值和功耗直 接标注在器件的表面上，如图 3.1(d)所示两种电位器，左边为 卧 式线性可变电 阻器，阻值为 0.5k ；右边为 旋转式对数可变电 阻器， 阻值为 100k。3电位器的标识法在读电阻色环时应看色环的颜色，金 银是指误差，肯定不是第一色环，另外看 色环间距，误差色环间距与其它色环要分 的开一些。 也可以从更靠近脚位的色环开 始读。（3） 电位器标识法：通常采用直标法图3.1电阻和电位器参数标注方法二、测量原理和

5、常规测试方法电阻工作于低频时其电阻分量起主要作 用，电抗部分可以忽略不计。 1电阻的频率特性 工作频率升高时，等效电路如图3.2所示。 随频率升高，电阻的交流与直流阻值承受之 增大。图3.2电阻的等效电路CRL2固定电阻的测量u万用表测量具体的检测方法是：使用万用表的欧姆挡，欧姆 挡的量程应视电阻器阻值的大小而定。一般情况下应 使表针落到刻度盘的中间段，以提高测量精度，这是 因为万用表的欧姆挡刻度线是非线性的，而中间段分 度较细且准确。检测电检测电 阻器的注意事项项使用万用表欧姆挡的不同量程时，首先 要进行表针的调零，即将红、黑表笔短接， 调整欧姆挡调 零旋钮，使表针指向O处。 对不同量程的欧

6、姆挡，在使用时均需调零一 次。用万用表检测电 阻器的阻值时 ，手不能 同时接触被测电 阻器的两根引线，以避免人 体电阻对测 量结果的影响。测量电阻器时，红、黑表笔可以不分， 它不影响测量结果。认真选择 欧姆挡量程是提高测量精度 的重要环节 。欧姆挡量程选得是否合适，将 直接影响测量精度。若测量电路中的某个电阻器，必须将电 阻器的一端从电路中断开，以防电路中的其它 元器件影响测量结果。 v v电桥法测量当对电阻值的测量精度要求很高时，可用直流电桥法进行测量。惠斯登电桥的原理如图3.3所示。图3.3 直流电桥测电阻RXR1R2RnGEu其中R1,R2是固定电阻，称为比率臂，比例 系数k=R1/R2

7、可通过量程开关进行调节；为 标准电阻,称为标准臂； 为被测电阻；G为 检流计。u 测量时，接上被测电阻 ，再接通 电源，通过调节K和 ，使电桥平衡，即 检流计指示为0，此时，读出K和 的值， 即可求得 ： u伏安法测量 伏安法测量原理如图3.4(a)、(b)所示， 有电流表内接和电流表外接两种测量电 路。图3.4 伏安法测电阻原理图mARXRA +-+ V-RX mARA +-+ V-(a)电流表内接(b)电流表外接（1）电流表内接电流表内接时，电流表的读数I等于被 测电阻 中流过的电流 ，电压表的读数 等于被测电阻 上的电压与电流表上的电 压之和。被测电阻的测值为:v式中 Rx 被测电阻的实

8、际值；v RA 电流表内阻。v 修正值c= -RA （2）电流表外接 u 电流表外接时，电压表的读数U等于被测电阻 两 端的电压 ，电流表的读数则是 ，此时 ，被测电阻的测量值为:式中 RX 被测电阻的实际值； RU电压表内阻。u用伏安法测电阻，由于电阻接入的方法 不同，测量值与实际值有差异。u为了尽可能减少系统误差，一是采用加 修正值的方法；二是根据被测电阻的阻 值范围合理选用电路。u一般的，当 ，可采用电 流表内接电路；当 ，可采用电流表外接电路。 u3电位器的测量电位器是一种可调电阻器。电位器对 外有三个引出端，其中两个为固定端，另 一个是滑动端（也称中心抽头）。滑动端 可以在固定端之间

9、的电阻体上做机械运动 ，使其与固定端之间的阻值发生变化。 电位器的主要参数 （1）标称阻值 标在电位器上的阻值，其系列与电阻器的标 称阻值系列相同。根据不同的精确等级，实际阻值与标称阻 值的允许偏差范围为20%、10%、5%、2%、1%，精 确电位器的精度可达到0.1%。 （2）额定功率 电位器的额定功率是指两个固定端之间允许 耗散的功率。一般电位器的额定功率系列为0.063W、 0.125W、0.25W、0.5W、0.75W、1W、2W、3W；线绕电 位器的额定功率比较大，有0.5W、0.75W、1W、1.6W、3W 、5W、10W、l6W、25W、40W、63W、100W。 （3）滑动噪声

10、 当电刷在电阻体上滑动时，电位器中心端与 固定端的电压出现无规则的起伏，这种现象称为电位器的滑 动噪声。它是由材料电阻率分布的不均匀性以及电刷滑动的 无规律变化引起的。一般将电位器的阻值和功耗直 接标注在器件的表面上，如图所示 两种电位器，左边为 卧式线性可变 电阻器，阻值为 0.5k；右边为 旋 转式对数可变电 阻器，阻值为 100k。4、电位器的测量u性能测量u主要测量电阻标称值和端片接触情况。用示波器测量电位器的噪声 示波器可以用来测量电位器、变阻器的 噪声。如图3.5所示。RW图3.5 电位器噪声测量接线 图 示波器E输 入输 入当接触良好无噪声时，屏幕显示为一条 平滑直线，当接触不好

11、且有噪声时，屏 幕上将显示噪声电压的波形4非线性电阻的测量 u 光敏、气敏、压敏、热敏电阻器等， 它们的阻值随着外界光线的强弱、气体浓 度的高低、压力的大小、电压的高低、温 度的高低而变化。u 一般可采用伏安法，即逐点改变电 压的大小，然后测量相应的电流，最后作 出伏安特性曲线。322 电容的测量 u电容器在电路中多用来滤波、隔直、 交流耦合、交流旁路及与电感元件构 成振荡电路等，是电路中应用最多的 元件之一。 一、电容的参数和标注方法1电容的参数电容器的参数主要有以下几项。（1）标称电容量和允许误差标注在电容器上的电容量，称作标 称电容量。电容器的实际电容量与标称 电容量的允许最大偏差范围，

12、称为允许 误差。 （2）额定工作电压指在规定的温度范围内，电容器能 够长期可靠工作的最高电压。可分为直 流工作电压和交流工作电压。（3）漏电电阻和漏电电流电容器的漏电流越大，绝缘电阻越小 。当漏电流较大时，电容器会发热，发 热严重时，电容器因过热而损坏。常用 电解电容的允许漏电流和相应的漏电阻 值见表3.2。 （4）损耗因数电容器的损耗因数定义为损耗功率 与存储功率之比，用D表示。D值越小， 损耗越小，电容的质量越好。2电容规格的标注方法电容器的标注方法同电阻器一样，有 直标法和色标法。有的国家常用一些符号 标明单位,如3.3PF标记为3p3,3300 f标为 3m3二、测量原理和常规测试方法

13、u1电容的等效电路由于绝缘电阻和引线电感的存在，电容的实 际等效电路如图3.6(a)所示。在工作频率较 低时，等效电路可简化为如图3.6(b)所示。图3.6电容的等效电路(a) 电容的实际等效电路(b) 频率较低时电容的简化 等效电路C0R0L0C0R0u2性能测量u （1）估测电容的漏电流u通常选用万用表的 R100 、 R1K 挡进 行测试判断。红、黑表笔分别接电容器的负极 和正极，在电容与表笔相接的瞬间, 表针会迅 速向右摆起，然后慢慢向左退回，待指针不动 ,指示的电阻值越大,漏电电流越小。如果表针 摆起后不再回转，说明电容器已经击穿。如果 表针摆不起来，说明电容器电解质已经干涸失 去容

14、量或内部断路。 u（2）判断电容的极性u 不知道极性的电解电容可用万用表的电阻挡测量 其极性。 我们知道只有电解电容的正极接电源正（电阻挡 时的黑表笔），负端接电源负（电阻挡时的红表笔 ）时，电解电容的漏电流才小（漏电阻大）。反之 ，则电解电容的漏电流增加（漏电阻减小）。 测量时，先假定某极为“ + ”极，让其与万用表 的黑表笔相接，另一电极与万用表的红表笔相接， 记下表针停止的刻度（表针靠左阻值大），然后将 电容器放电（既两根引线碰一下），两只表笔对调 ，重新进行测量。两次测量中，表针最后停留的位 置靠左（阻值大）的那次，黑表笔接的就是电解电 容的正极。 u(3)估测电容量 u接线方法与测漏

15、电流相同,表针向右摆 动的幅度越大,表示电容量越大 容量范围 摆动 （F） 范围 测量档100R100略有摆 动 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3谐振法测量电容u交流信号源、交流电压表、标准电感L和被 测电容连成如图3.7所示的并联电路。图3.7 谐振法测电容的原理图VLRC0信号源CX（3-3）式中 Cx 被测电容的容量；L标准电感C0标准电感的分布电容。测量时调节 信号源频率,使电路谐振,此时电 压表读数最大,被测电 容值 CX为4交流电桥法测量电容量和损耗因数 串联电桥图3.8 (a)交流串联电桥测量电容和损耗因素GRXR4R3RnCnCXu由电桥的平衡条件可得:（3-4）式中 Cx被测电容的容量；Cn可调标准电容；R3 , R4固定电阻。（3-5）式中 被测电容的等效串联损耗电阻； 可调标准电阻； （3-6） u并联电桥的测量R4R3RnGCnCXRX图3.8 (b)交流并联电桥测量电容、电阻和损耗因素.u图3.8(b)所示并联电桥，调节和使电桥平 衡，此时根据下式可求出电容的容量、等 效串联损耗电阻和损耗参数。 （3-7）5电容的数字化测量方法 一般采用电容电