《电工电子测量电子教案6-8章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子测量电子教案6-8章（138页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、宋悦孝 主编 张 伟 主审电子测量与仪器（第电子测量与仪器（第2 2版）版） 电子教案电子教案高等职业教育电子信息类贯通制教材（电子技术专业）第第6 6章章 电子元器件测量与仪器电子元器件测量与仪器知识要点： 集中参数元件的等效 集中参数元件的测量方法、工作原理 电桥、Q表、晶体管特性图示仪的组成及使用。 6.1 6.1 概述概述 集中参数元件：当元器件的几何尺寸远小于工作 信号波长时，电阻、电容、电感主要表现出与之名 称相符的阻抗特性。 集中参数器件：晶体三极管、场效应管等表现为 各自的基本特性。 集中参数元件的测量内容：对电阻值、电容量、 电感量、电感品质因数和电容损耗因数的测量。 集中参
2、数器件的测量内容：对晶体三极管、场效 应管等特性曲线的显示与有关参数的测量。1. 电阻器的等效 实际电阻器的等效：纯电阻R与寄生电感LR串联。 2. 电容器的等效 实际电容器的等效：串联损耗电阻RCS与纯电容C串 联；或者并联损耗电阻RCP与纯电容C并联。 损耗因数Dx的定义：Dx=tan=RCS/XC=CRCSDx=tan= XC/RCP =1/CRCP 图6.1 实际电阻器的等效电路RLR（a）（b）C图6.2 实际电容器的等效电路RCSCRCP3. 电感器的等效 实际电感器的等效：串联损耗电阻RLS与纯电感L 串联；或者并联损耗电阻RLP与纯电感L并联。 品质因数Q的定义：Q=XL/RL
3、S=L/RLSQ=RLP/XL= RLP/L 集中参数元件测量方法：伏安法、电桥法和谐振法三种。 图6.3 实际电感器的等效电路（a）（b）RLSLRLPL6.2 6.2 伏安法及数字化测量伏安法及数字化测量 6.2.1 6.2.1 伏安法伏安法 原理依据：欧姆定律。 特点：使用方便，测量精确度差，适用于低频测量 ，较适合测量直流电阻。 工作原理：忽略电压表、电流表内阻影响的情况下 ，存在关系：Z=U/I 测量直流电阻时，电源为直流电源，则R=U/I。 测量电容或电感时，电源为交流电源，存在关系： 在忽略损耗电阻影响的情况下，存在关系：XL=L； (61) 结论1：被测电感或电阻较大， 以及被
4、测电容较小时，适合采用 电流表内接法测量；反之，适合 采用电流表外接法测量。 结论2：测量电感或电容时，如 保持U、I、中两个参数不变， 只改变剩余的一个参数，可以实 现电感或电容的直接测量。 图6.4 伏安法测量原理图（a）（b）AV电源ZAV电源Z返回返回6.2.2 6.2.2 阻抗的数字化测量阻抗的数字化测量 原理步骤：用正弦信号在阻抗两端产生交流电压; 分离电压实部和虚部;用电压数字化测量实现。1. 电感元件的测量 左半部分为阻抗 电压变换部分； 两个同步检波器实 现实部、虚部分离； 峰值检波器实现交 直流电压变换，并 提供基准电压Ur。 U1、U2、Ur均被送到电压表双积分式A/D变
5、换器。图6.5 电感电压变换器ur + + 运放同步检波器ur峰值检波器R1RxLxuoU1U2Ur同步检波器jur Urcost阻抗电压变换 结论：因为Ur、R1均为常数，只要利用双积分式 数字电压表测出U1、U2来，即可换算出Rx、Lx及Qx 的大小来。 2. 电容元件的测量U2=R1UrCx图6.6 电容电压变换器 + 运放urR1RxCxUo3. LCR参数测试仪 分析得知：（）（S） 结论：只要先测出 和 ，再把 和 同步整流并 分解出实部和虚部，计算出上式中R、X、G、B后， 即可以数字形式显示出被测元件R、L、C、D、Q等参 数。 + 运放f正弦+图6.7 LCR参数测试仪原理图
6、6.3 6.3 电桥法测量集中参数元件电桥法测量集中参数元件 原理：电桥平衡条件 平衡电桥分类：直流电桥和交流电桥。 特点：工作频率较宽，测量精度较高，可达104 ，比较适合低频阻抗元件的测量。 6.3.1 交流电桥 1. 工作原理 组成：桥体、电源及平衡指示器。 平衡条件为： 即： (62)x+2=1+3 (63)图6.8 交流电桥PZ1Z2Z3ZxIPG 结论1：要使交流电桥完全平衡，必须同时满足振幅 平衡条件和相位平衡条件。所以相邻两桥臂为纯电阻时 ，另两个桥臂应呈现同性电抗；相对桥臂为纯电阻时， 另一相对桥臂应呈现异性电抗；两个桥臂由纯电阻构成 时，呈现电抗特性的桥臂须由标准可调电阻和
7、电抗件构 成，该电抗件一般选用标准可调电容。设Z1、Z2为纯电 阻R1、R2时，满足关系： 分类：臂比电桥（相邻桥臂为纯电阻，适合测量电容 ），臂乘电桥（相对桥臂为纯电阻，适合测量电感）。 结论2：交流电桥的电源必须为纯正弦波交流电 源；否则，会使电桥产生假平衡，从而产生很大误 差。为了提高测量精确度，IP要经过选频放大器放 大、检波器检波后送入检流计。为了减小杂散耦合 的影响，电桥各部分之间要良好屏蔽。即使采取以 上措施，交流电桥也仅适合在音频或低射频段使用 ；否则，由于高频段所用的高频电源本身也是干扰 源，而且高频段要求的屏蔽效果难以达到，所以交 流电桥不适合在高频段测量。 2. QS18
8、A型万用电桥 （1）组成：桥体、信号源和晶体管检流计。 （2）测量电容（图6.12）（3）测量电感（图6.13）Lx=R1R2C3Qx=C3R3（4）使用方法图6.14 QS18A型万用电桥面板结构图A读数内1kHz外4 45 56 67 78 89 91111101012121 12 23 3返回返回 QS18A型万用电桥的使用方法： 将被测元件接到“被测元件接线柱”，拨动电源选择开 关至“内1kHz”位置。如用外部电源，将外部电源接到“ 外接”，拨动电源选择开关至“外”的位置。 将测量选择开关旋至“C”、“L”、“R10”或“R10”处 。 估计被测量的大小，选择量程开关的位置。 按照表6
9、-1选择合适的损耗倍率选择开关挡位。 调整灵敏度调节旋钮使指示电表读数由小逐步增大。 反复调节读数盘和损耗平衡旋钮，并逐步提高指示电 表的灵敏度直至电桥平衡。电桥平衡时，满足关系 Lx（或Cx）=量程开关指示值电桥读数盘示值 Qx（或Dx）=损耗倍率指示值损耗平衡盘指示值6.3.26.3.2 不平衡电桥不平衡电桥 定义: 依据电桥平衡条件进行测量的电桥。 特点：操作简便、测量时间短、易实现数字化测量 。 1. 测量电阻（图6.15） 满足关系：R2RRRRRXABCDUABUBDR1R1R3R3R2R4R4Uo除 法 电 路DVM图6.15 新型不平衡电桥测量电阻电路EUABUBD运放1+运放
10、2+ 推导得知：（66）2. 测量电感、电容 不平衡电桥测量电感电路与图6.15相似，用标准 电感L、被测电感Lx代替标准电阻R和被测电阻Rx。 测量电容时，分别用标准电容C、被测电容Cx代替R 和Rx。测量电感、电容时，用交流电源代替直流电 源。 测量电感、电容时存在关系:6.4 6.4 谐振法测量集中参数元件谐振法测量集中参数元件 原理：LC谐振回路谐振特性。 特点：谐振法高频段的测量结果比较可靠。 6.4.16.4.1 QQ表的组成及工作原理表的组成及工作原理 定义：谐振法构成的测量仪器。 测试功能：电容量、电感量、电容损耗因数与电 感品质因数。 组成：测量回路、信号源、耦合回路及Q值电
11、压 表。图6.16 Q表工作原理图信信 号号 源源 耦合回路Q Q值电值电 压表压表L Lx xR+ Us测量回路测量回路CsAAR2R1123 34IoI 各组成部分的作用： 信号源：信号源为正弦波信号源，其振荡频率范 围即为Q表工作频率范围。耦合回路：耦合回路用于将信号源输出的信号耦 合到测量回路，有电感耦合、电容耦合和电阻耦合 等方式。耦合电阻又称为插入电阻。 Q值电压表：即Q值刻度的电压表，用于指示Q值 大小。当Q值电压表指示最大时，测量回路处于谐 振状态。 测量回路：由电感、电容及回路等效损耗电阻R 组成。如果测量回路处于谐振状态，存在关系： ULUC，XL=XC，UsIRIoR2（
12、67）当测量电感时，被测电感的品质因数QL为 QL =QP 当测量电容时，标准电感接入1、2，被测电容接 入3、4。被测电容的损耗因数DC为 DC = 6.4.26.4.2 测量电感测量电感1. 串联替代法测量步骤： 将1、2端短接，调节Cs到较大电容C1位置，改变信 号源频率使回路谐振，设谐振频率为f0，此时满足：（68）去掉短路线，将 Lx接入回路，保持 f0不变，调节Cs至 C2使回路重新谐振，此时满足（69）Lx图6.17 串联替代法测量电感原理图M1234CsL信号源V返回返回 求解式（68）和式（69）组成方程组，得到2. 并联替代法测量步骤： 不接入Lx，调小Cs为C1，改变信号
13、源频率使回路谐 振，设谐振频率为f0，此时满足（610） 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:（611） 求解式（610）和式（611）组成的方程组，得 到：6.4.3 6.4.3 测量电容测量电容1. 串联替代法测量步骤： 将1、2端短接，调小Cs为C1，改变信号源频率使 测量回路谐振，设谐振频率为f0。 去掉短路线，将Cx接至1、2端，保持f0不变，调 节Cs至C2使测量回路重新谐振。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，故2. 并联替代法测量步骤： 不接入Cx，调大Cs为C1，改变信号源频率使测量 回路谐振，设谐振频率为
14、f0。 将Cx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。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，故 C1=C2+Cx Cx=C1C26.4.4 Q6.4.4 Q表实例及使用方法表实例及使用方法图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定位表定位细调定位粗调波段开关频率旋钮pFL、f对照表微调CLQ值返回返回1. 测量准备 先对定位表和Q值表机械调零，然后将定位粗调逆 时针调到底，将“定位零位校直”和“Q值零位校直”置 于中间，“微调（电容）”调到零，开机预热10min。 2. 电感线圈
15、Q值的测量 将Lx接到Lx接线柱上；调节频率旋钮及波段开关至 测量所需的频率点；选择合适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针指到“Q1”处；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值表示值即为被测 线圈的Q值。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。 4. 线圈分布电容的测量 将主调电容度盘调至某一适当电容值上，记为C1 ；再调节波段开关及频率旋钮使Q值表指示最大； 重新调节波段开关、频率旋钮使信号源频率为f1的 两倍，然后调节主调电容度盘使Q值表指示最大， 记为C2。则C0的计算式为：C0=(C14C2)/35. 电容量的测量 （1）小于460pF电容的测量 采用并联替代
