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1、项目8 常用电子元件的测试,任务8.1 晶体管参数的测试 任务8.2 集成运算放大器参数的测量 任务8.3 集成电路外特性参数的测试方法 任务8.4 其他常见元件的简易测试方法,项目8 常用电子元件的测试,【项目目标】 知识目标： 1熟悉晶体管各项参数的测量方法。 2. 了解集成运算放大器排列规则，弄清集成运算放大器参数测量方法。 技能目标： 1. 掌握晶体三极管、集成电路外特性参数的测量方法。 2. 弄清其他常见元件（变压器、晶体二极管、可控硅、集成电路元件等）的简易测试方法。,任务2.1 指针式万用电表,指针式万用电表简称为万用表或多用表，亦称模拟式万用表。万用表应用极为广泛，它能够对许多
2、基本电参数进行直接测量。如，直流电流、直流电压、直流电阻、交流电压、交流电流，音频电平等。还能用于检测许多电子元器件的好坏，估测其许多电参数，如电容量、电感量、晶体三极管的放大倍数等。在某些情况下，甚至可以代替某些专用仪器，获得较精确的测量结果。万用表具有用途广泛、操作简便、读数可靠、测量范围广、价格低廉、携带方便等一系列优点。早已成为电工和电子测量中常备的仪表。,返回,下一页,2.1.1指针式万用电表的基本组成,指针式万用电表主要由测量机构(俗称表头)、测量电路及转换开关组成。表头是指针式万用表的核心，用来指示被测量的数值，多采用灵敏度高准确度好的直流微安表(磁电系仪表)；测量电路的作用是将
3、各种被测量转换成适合表头进行测量的微小直流电流。目前一般用于万用表上的表头的灵敏度为50uA。若需测量直流电压，则要通过被测电路把待测直流电压转换成50uA以内的直流电流。万用电表的测量电路实质上就是多量程的直流电流表、多量程的直流电压表、多量程的交流电压表以及多量程的欧姆表等几种测量电路组合而成的。测量电路用来把各种被测量转换为适合表头测量的直流微小电流；转换开关用来选择不同的测量电路和量程档级，以适应各种测量项目和量程要求。,返回,上一页,下一页,2.1.2 指针式万用电表的测量机构(表头),2.1.2.1 外磁式磁电系仪表的结构 外磁式磁电系仪表的测量机构如图2.1.1所示，它是利用永久
4、磁铁的磁场与通有被测电流的线圈相互作用的原理制成的。驱动机构包括一个马蹄形永久磁铁(采用高剩磁和高矫顽磁力的硬磁材料制作)和一个可以绕轴转动的线圈(即动圈)。动圈的两个出线头通过两盘游丝和外电路相接，动圈转动时带动游丝使其发生形变，产生机械反作用转矩；指示机构包括固定在转轴上的指针和刻度盘；阻尼机构由置于磁场中的铝质框架(线圈就绕在这个框架上)组成；调零机构包括调零螺丝及调零导杆。,返回,上一页,下一页,任务1.2 电工电子测量的特点和应用,1.2.1 电工电子测量的特点 1.2.1.1 测量的频率范围宽 电工电子测量的频率范围很宽，可测零频(直流量)，以及的交流量，个别特殊的测量还可达到更高
5、的频率。 1.2.1.2 仪器量程范围宽 量程是仪器所能测试各种参数的范围。电子仪器具有相当宽广的量程。例如一台高灵敏度的新型数字电压表，可以测出从纳伏(nv)至1千伏(kV)的电压，量程达11个数量级。一台用于测量频率的电子计数器式频率计，其量程可达17个数量级。,返回,上一页,下一页,1.2.1 电工电子测量的特点,1.2.1.3 对时间和频率的测量准确度高 从整体上而言，电子测量的准确度比其他测量方法高得多，特别是对频率和时间的测量，由于采用了原子频标和原子秒作为基准，使误差减小到量级，这是目前人类在测量准确度方面达到的最高标准。 一只普通钟表，一昼夜误差约为30秒左右；但铯原子钟的误差
6、是几千年仅差1秒。电子测量的准确度高，使得它在现代科技领域得到广泛的应用。 必须说明，除了时间和频率以外，电子测量对其他参数的测量准确度不见得比其他方法高，甚至还低。原因有三：一是由于电磁相互作用，造成外界干扰及测量电路中的损耗，影响了测量结果的准确度；二是由于在电子测量中，大多数待测参数是间接测量而得，其准确度受直接测量的原始参数的准确度的限制；三是受显示方式的限制，比如，用示波器测量电压就没有指针式仪表的准确度高，但它可显示波形等等。,返回,上一页,下一页,1.2.1 电工电子测量的特点,1.2.1.4 测量速度快 电子测量具有其他测量无法比拟的高速度。这也是它在现代科学技术领域内得到广泛
7、应用的一个重要原因，如对导弹发射中的运动参数和工业自动控制系统中的“在线测量”都需要快速实现。这样才能及时发出控制信号，及时调整。 1.2.1.5 可遥测和不间断的测量，显示清晰、直观 可以把电子仪器或与它连接的传感器放到人体不便于停留的恶劣环境或无法到达的区域(如人造卫星、深海；地下核反应堆内、人体内部等)，去进行遥测。对于那些不间断测量的场合，电子测量都有它独到的方便之处。 电子测量结果的显示比较清晰、直观，如发光二极管的数字显示，荧光屏示波显示形象而直观地给出被测量的特征。测量结果也可以直接打印、绘图或自动启动指示灯及警铃显示。,返回,上一页,1.2.1 电工电子测量的特点,1.2.1.
8、6 可实现测量过程的自动化和仪器微机化 电子技术使测量过程的自动化易于实现，特别是大规模集成电路和微型计算机的应用，使电子测量出现了崭新的局面。在测量中可以实现程控、遥控、自动转换量程，自动调节、自动校准、自动诊断故障和自动修复，测量结果的自动记录，自动完成数据运算、分析和处理。带微处理机的“智能”，仪器，具有记忆存储、逻辑判断、数学运算和命令识别等“智能”特点，形成一代灵巧多用、高性能、多功能的新仪器。此外，还可以利用微机通过标准接口母线连接多台仪器，组成自动测试系统，快速准确地完成大量测试任务。,返回,下一页,1.2.2 电工电子测量的应用及发展方向,电子测量技术的一系列优点，使它广泛地应
9、用于科学技术的各个领域。大到天文观测、宇宙航天技术，小到物质结构、基本粒子；从复杂深奥的生命、细胞、遗传问题到日常的工农业生产、医学、商业各部门，都越来越多地利用了电子测量技术。,返回,上一页,下一页,任务1.3 电工电子测量方式和测量方法,1.3.1 电工电子测量方式的介绍 电工电子测量通常分为直接测量和间接测量。而后者又常细分为间接测量和组合测量。 1.3.1.1 直接测量 将被测量与作为标准的量直接比较，或用预先经标准量定度好的测量仪器(表)进行测量，从而直接测得被测量的数值，这种测量方式称为“直接测量”。如用电流表测量电流，用直流电桥测量电阻等均属于直接测量。直接测量是最常用的最基本的
10、测量方式。 1.3.1.2 间接测量 某被测量不易直接测量，但通过与被测量有一定函数关系的量(一个或几个)的直接测量结果求出(如用函数解析式的计算，查函数曲线或表格)被测量数值，这种测量方式称为间接测量。,返回,上一页,下一页,1.3.1 电工电子测量方式的介绍,例如，欲测量三极管的集电极电流，不必先断开集电极电路，再串入电流表进行直接测量；而可用直流电压表测出集电极电阻上的电压值，然后除以该电阻值，即可求得被测电流。又如当手头无功率表时，欲测量某功率放大器的输出功率，可用间接法测量，如图1.3.1所示，用一个已知电阻作为负载，用电压表测量负载上的电压然后通过下式： 计算出功率放大器的输出功率
11、。,返回,上一页,下一页,1.3.1 电工电子测量方式的介绍,1.3.1.3 组合测量 如果被测量有多个，而且能以某些直接或间接可测量的不同组合形式表示出来，则可先测量这几个可测量，再求解按被测量和可测量之间的函数关系组成的联立方程组，求得诸被测量的数值，这种测量方式称为组合测量。显然，它是一种兼用直接测量与间接测量的方式。,返回,上一页,下一页,1.3.1 电工电子测量方式的介绍,上述三种测量方式，以直接测量最为快捷简便。 间接测量和组合测量比较复杂费时，仅适合于下面这些情况： (1) 缺乏直接测量仪器； (2) 不便于直接测量； (3) 或直接测量时涉及到的其他因素较多，而测量要求达到的准
12、确度较高，这些其他因素不能忽略而必须考虑的情况下，才予采用，故多用于科学实验和一些特殊的场合。,返回,上一页,下一页,1.3.1 电工电子测量方式的介绍,应该注意的是，在满足测量精度等目的、要求的条件下，应尽量采用直接测量方法，以提高测量的准确度。如果盲目地考虑过多的完全可以忽略次要因素，期望通过过分繁复，过分严密的运算来提高最后结果的准确度，是不切合实际的。因为“由已经测得的各个量进行无论如何繁复的计算，都不可能再使最后结果的准确度超过整个实验装置与运算公式所已经决定了的准确度限度。”最后结果的准确度必定比所有参与运算的各个数据中最低的那个准确度还要低。同样，企图从仪器的最小分度以下多读(估
13、计)几位数字来提高测量的准确度，也是枉费心机的多余之举。,返回,上一页,下一页,1.3.2 电工电子测量方法的介绍,根据是否有度量器或标准件直接参与测量过程，可以把测量方法分成两大类：直读法和比较法。 1.3.2.1 直读法 能够直接在仪表上读取读数的测量方法称为直读法。此法中，无度量器或标准件直接参与。例如，用欧姆表测量电阻，并没有使用标准电阻，而是直接读取仪表指针指示的数值。在这里，标准电阻间接地参与作用。此外，用电流表测量电流，用电压表测量电压等均属于用直读法测量的例子。 用直读法进行测量，简便易行，但准确度不太高。,返回,上一页,1.3.2 电工电子测量方法的介绍,1.3.2.2 比较
14、法 将被测量与度量器或标准量进行比较，从而测得被量数值的方法称为比较法。此法中，度量器或标准件是直接参与作用的。例如用天平测量物体质量时就是采用比较法，在测量过程中，作为质量度量器的砝码始终参与作用。用比较法测量可以得到较高的测量准确度，但测量操作比较麻烦，相应的仪器设备也比较昂贵，这是比较法的不足之处。 根据被测量与标准量进行比较时的特点不同又可以将比较法分为平衡法、微差法和替代法等。,返回,下一页,1.3.2.2 比较法,1平衡法 在测量过程中，连续改变标准量，使它产生的效应与被测量产生的效应相互抵消或平衡，这种方法称为“平衡法”。 由于在平衡时指示器指零，所以又称“零值法”。这时被测量可
15、以由标准量通过一定的关系式求出。电桥和电位差计都是采用平衡法原理。平衡法的准确度主要取决于标准量的准确度和指零仪器的灵敏度。,返回,上一页,下一页,1.3.2.2 比较法,2微差法 如果在上述平衡过程中，被测量与标准量不能平衡或标准量不便于调节，则可以通过测量仪器测量二者的差值或正比于差值的量，进而根据标准量的数值确定被测量的大小，这种方法称为“微差法”。 微差法的测量误差取决于标准量的误差及测量差值的误差，显然，差值越小，则测量差值的误差对测量结果的误差的影响越小。例如，若差值为被测量总量的千分之一，测量差值的误差为百分之一时，则测量差值的误差反映在测量结果的测量误差中仅为十万分之一，可见，
16、微差法可以有较高的测量准确度。标准电池的相互比较就采用这种方法。,返回,上一页,下一页,1.3.2.2 比较法,3替代法 在同一测量装置中，用标准量替代“被测量”，调节标准量，使该测量装置的工作状态恢复到同原来接入“被测量”时的工作状态一样，这样，可用标准量的数值来确定“被测量”、的大小，这种方法称为替代法。 采用替代法测量时，由于测量装置在“被测量”和标准量分别作用时的状态是一样的，因此装置本身的性能及各种外界因素对测量的影响也是几乎相同的，这样就极大地减小了所有外界因素对测量结果的影响。替代法的测量准确度主要取决于标准量的准确度和测量装置的灵敏度。,返回,上一页,下一页,1.3.3 电工电子测量方式和测量方法的选择,(1) 从被测量本身的特点来考虑：如按照被测量的性质可以分为时域测量、频域测量、数据域测量和随机测量四种。被测量的性质不同，采用的测量仪器和测量方法当然也不同。又如对被测对象的情况要了解清楚，被测参数是否线性?数量级如何?对波形和频率有何要求?对测量过程的稳定性有无要求?有无抗干扰要求?其他要求等等。 (2) 从测量所需要的
