第7章 常用元器件测量 5.1 常用元器件5.2 万用电桥 5.3 Q表5.4 晶体管特性图示仪5.5 集成电路的测试1 本章要点 ·半导体元器件和集总参数元器件检测 ·万用电桥的实际测量电路及电桥平衡条件 ·的测量原理和使用方法 ·集成电路测试仪的原理和使用方法 ·Q表的工作原理和使用方法本章难点 · Q表、晶体管特性图示仪和万用电桥的工作原理贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院2 7.1 常用元器件简介7.1.1集总参数元器件简介以及检测方法7.1.2半导体元器件简介以及检测方法贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院3 7.1.1集总参数元器件简介 以及检测方法7.1.1.1 阻抗的概念如图7-1所示，在一个二端元件或一个无源网络的一对输入端施加一激励电压信号（直流或交流），将产生一个电流，这时我们将电压与电流之比称为阻抗 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院4 图7-1 阻抗的示意图贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院5 当激励电压为直流电压E时，产生直流I，电压与电流之比为一个常数，称为直流电阻，即RDC=E/I。
当激励电压为正弦波u(t)时，响应电流i(t)通常与u(t)有一个相位差,这时由电路分析可知,若以电压与电流之比代表阻抗,则有Z=RDC+jX这是一个复数，其实数部分RDC称为直流电阻或交流电阻，是交流电路中的耗能元件；虚数部分X称为电抗，是交流电路中存储能量的元件对于纯电阻性器件，阻抗表达式中电抗部分为零贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院6 对于纯电感器件，阻抗中电阻部分为零，电抗部分为正值对于纯电容器件，阻抗中电阻部分为零，电抗部分为负值7.1.1.2 电阻的特性与测量（1）电阻的参数①标称阻值及其偏差 标称阻值是直接标志在电阻体上的阻值，偏差是实际阻值与标称阻值的误差为了便于生产和使用，电阻的生产是根据阻值系列进行的各系列的规格见表7.1 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院7 表表7.1 7.1 常常见电阻阻阻阻值系列一系列一览表表系 列偏 差电 阻 的 标 称 值E24Ⅰ级，±5%1.0；1.1；1.2；1.3；1.5；1.6；1.8；2.0；2.2；2.4；2.7；3.0；3.3；3.6；3.9；4.3；4.7；5.1；5.6；6.2；6.8；7.5；8.2；9.1E12Ⅱ级，±10%1.0；1.2；1.5；1.8；2.2；2.7；3.3；3.9；4.7；5.6；6.8；8.2E6Ⅲ级，±20%1.0；1.5；2.2；3.3；4.7；6.8贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院8 a、直标法 指在产品的表面直接标志出产品的主要参数和技术指标的方法。
b、文字符号法 是将要标志的主要参数与技术指标用文字、数字符号有规律的组合标志在产品表面上的方法 c、色标法 用不同的颜色表示元件不同参数的方法 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院9 ⅰ、四道色环标志 规定如下：第一道色环代表的数是阻值的第一位有效数字，第二道色环代表的数是阻值的第二个有效数字，第三道色环代表的数是表示阻值的乘数为10n（n为颜色表示的数字），第四道色环代表的数是表示阻值的偏差阻值的单位是欧姆颜色所代表的数字见表7.2 ⅱ、五道色环标志 精密电阻常常采用五道色环标志与四道色环标志相似，只是它有三位有效数字贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院10 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院11 规定如下：第一道色环代表的数是阻值的第一位有效数字，第二道色环代表的数是阻值的第二个有效数字，第三道色环代表的数是阻值的第三个有效数字，第四道色环代表的数是表示阻值的乘数为10n（n为颜色表示的数字），第五道色环代表的数是表示阻值的偏差d、数码表示法 该方法是在产品上用三位数码表示元件的标称值数码是从左向右的第一、二位数字为有效数字，第三位数字为零的个数。
贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院12 ②电阻的额定功率（3）电阻的测量①间接测量法图7-9 测量电阻的基本电路②万用表测量法图7-9 测量电阻的基本电路贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院13 7.1.1.2 电容的特性与测量 （1）电容器的主要参数 ①标称容量及其偏差 ②额定工作电压③电容器的标称容量、误差及耐压标注方法a、直标法b、文字符号法c、色标法贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院14 d、数码表示法电容数码表示法的规定基本上与电阻的数码表示法的规定相同即在产品上用三位数码表示电容的标称容量，第一、二位数字为有效数，但三位数字为零的个数但当第三个数字为9时表示10-1而不是109单位为皮法在微法容量中，小数点用R表示如339K表示：容量为33×10-1±10% pF，4R7K表示：容量为4.7±10% µF贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院15 （3）电容器的测量①电容器的识别与质量判别固定电容器的好坏及质量高低可以用万用表电阻挡加以判断容量大（1µF以上）的固定电容器可用万用表的欧姆挡（R×100Ω）测量电容器两端，表针应向小电阻值摆动，然后慢回摆至“∞”附近。
迅速交替表笔再测一次，看表针摆动情况，摆幅越大，表明电容器的电容量越大若表笔一直接在电容器引脚时，表针最终应指在“∞”附近贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院16 如果表针最大指示值不为“∞”，表明电容器有漏电现象；其电阻值越小，漏电越大，该电容器的质量就越差如果测量时指针一下子就指到“0”欧姆不向回摆，就表示该电容已短路（击穿）如果测量时表针根本不动，就表示电容器已失去容量如果表针摆动不回到起始点，则表示电容器漏电很大，质量不佳②用谐振法测量测量电路如图7-13所示 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院17 图7-13 谐振法测电容贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院18 7.1.1.4 电感的特性与测量（1）电感器的主要参数描述电感的参数常见的有：标称电感量及其偏差、品质因数、分布电容、额定电流、稳定性等等2）电感器的测量①电感器的识别及质量判断 电感器故障一般有开路和短路两种开路的检查用万用表欧姆挡很容易进行线圈短路不易用直流电阻法判别，一般要用专门测量仪器才能判断贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院19 ②用谐振电路测量测量电路如图7-15所示。
图7-15 谐振法测电感贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院20 7.1.2 半导体元器件简介 以及检测方法 7.1.2.1 二极管的特性与测量（1）二极管的特性与参数①最大整流电流IOM ②最大反向工作电压URM ③反向电流IR ④导通电阻 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院21 （3）二极管的测量①用模拟式万用表进行测量 用模拟式万用表测量二极管的等效电路如图7-16所示 图7-16 用万用表测量二极管等效电路贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院22 a、质量鉴别 用万用表测二极管正、反向电阻测量二极管正、反向电阻其正向电阻阻值小，良好的管子一般在几百欧至几千欧；反向电阻的阻值大，一般在几千欧以上正、反向电阻值相差越大越好，若两次测得阻值一样大或一样小，说明二极管已损坏 b、极性判断 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院23 测量二极管时，如测得两极间电阻为小阻值时，此时万用表的黑表笔接的便是二极管正极，红表笔接的则是二极管负极②用数字万用表来测量当二极管的正、负极与数字万用表红、黑表笔相接时，二极管正向导通，万用表指示出二极管的正向导通电压。
若将数字万用表的表笔对调一下，二极管不导通，万用表上显示2.8V的电压 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院24 ③用通用仪表与适配电路测量图7-17（a）可用于测量稳压管的特性当可变电源的电压增加时，稳压二极管上的电压也同步增加，当该电压增加到一个确定值时，就不会增加，这个值即为该二极管的稳压值图7-17（b）可用于测量发光二极管的性能当改变电位器Rw的值时，即改变流过发光二极管的电流，该电流越大，则发光二极管越亮贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院25 图7-17（c）可用于测量变容二极管的压控特性改变变容二极管上的电压，电容测试仪即可测出对应电压时二极管的结电容图7-17（d）可用于观察在较高频率的开关信号作用下时二极管的开关特性好的二极管有较短的反向恢复时间，其输出波形与输入方波相似 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院26 图7-17 用通用仪表测二极管 (a) 稳压管测试电路； (b) 发光二极管测试电路； (c) 变容二极管测试电路； (d) 示波器观测开关二极管贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院27 7.1.2.2 晶体三极管的特性与测量 （1）三极管的特征、类型与参数三极管的参数主要有直流放大系数和交流放大系数β ，ICBO集电极与基极间的反向饱和电流、ICEO集电极与发射极间的反向饱和电流。
特征频率fT ，反向击穿电压U(BR)CEO，集电极最大允许电流ICM、集电极最大允许耗散功率PCM 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院28 （2）三极管的测量用模拟万用表测量管型与管脚的识别ⅰ判断基极 若以万用表黑表笔接触某一管脚，红表笔分别接触另外两个管脚，如表头读数都很小（约几千欧）时，则与黑表笔接触的那一管脚是基极，可知此管的管型为NPN型若用红表笔接触某一管脚，而用黑表笔分别接触另外两个管脚，表头读数同样都很小（锗管约为几百欧、硅管约为几千欧）时，则与红表笔接触的那一管脚是基极，同时可知此管的管型为PNP型 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院29 ⅱ、判断发射极与集电极 现以NPN型为例确定基极b后，假设剩下的两只脚其中一只是集电极c，并将黑表笔接在此脚上，红表笔接到另一脚发射极上，然后用手指将假设的c极和测出的b极捏起来（但不要相碰），并记下c、e脚之间的读数如图7-18所示然后再做相反的假设，即将原假设为c的脚设为e，原假设为e的脚设为c，做同样的上述测试并记下c、e之间的阻值贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院30 最后比较这两次读数的大小，阻值小的那次假设是对的，也就是说那次测试中黑表笔接的一只脚就是集电极c，剩下的另一只脚便是发射极e了。
图7-18 用万用表判定三极管c、e极 若需要判别的是PNP型管，仍用上述方法，但必须把万用表的表笔的极性对调一下，即将红表笔接在假设的c极上 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院31 图7-18 用万用表判定三极管c、e极贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院32 7.1.2.3 结型场效应管的测量用万用表判断场效应管的极性及好坏用万用表判断场效应管的极性及好坏用万用表R×1KΩ挡，将黑表笔接触管子的一极，用红表笔分别接触另外两个电极，若两次测得的阻值都很小，则黑表笔所接的就是栅极，而且是N型沟道场效应管如果用红表笔接触一个电极，用黑表笔分别接触另外两个电极，如测得阻值两次都很小，则红表笔所接触的就是栅极G，而且是P型沟道场效应管贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院33 一般源极S、漏极D可互换， S D间电阻一般为几十Ω至几十K Ω ，故只需判断出栅极G即可 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院34 本节小结1、电阻器：参数：标称阻值、额定功率等测量：间接测量、万用表测量等2、电容器 参数：标称容量、额定工作电压等测量：万用表、谐振法等 3、电感器：参数：标称电感量、品质因数等测量：万用表、谐振法Q表等4、二极管：数：IOM、URM等测量：万用表、晶体管特性图示仪等5、三极管：参数：极限、特征等参数测量：万用表、晶体管特性图示仪等6、场效应管 测量：万用表等 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院35 7.2.1电桥的平衡条件7.2.2实际测量电路及电桥平衡条件 7.2 万用电桥7.2.3 电桥法测量集总参数元件的误差7.2.4 ZL-6型LCR自动测量仪 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院36 5.2万用电桥7.2.1 电桥的平衡条件四臂电桥如图7-20所示。
Z1、 Z2 、 Z3 、 Z4 为复阻抗，使用交流信号源指示器也是交流响应的电桥的平衡条件为或 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院37 即 可见交流电桥的平衡条件有两个，一个是振幅平衡条件，一个是相位平衡条件要使电桥完全平衡，两个条件必须同时满足实际电路中必须有电阻和电抗两个可调元件贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院38 作为测量用的电桥，除一个臂接入被测阻抗外，其余三个臂均接入标准元件假设为被测元件，则有 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院39 7.2.2 实际测量电路及电桥平衡条件可同时测量R、L、C的电桥，通称为万用电桥它的基本组成如图7-21所示电路由桥体、信号源和指零仪三个部分组成桥体是电桥的核心部分，由标准电阻、标准电容和转换开关组成通过转换开关的切换，电桥构成不同形式的电路对R、L、C进行测量 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院40 7.2.2.1 测量电阻一种叫惠斯登电桥的测量方法原理如图7-22所示, 图中R1、R2是固定电阻，R2 / R1 =K，RN为标准电阻，Rx为被测电阻，G为检流计。
贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院41 图7-22 惠斯登电桥测电阻贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院42 7.2.2.2 测量电感（1）测量低Q电感 图7-23 麦克斯韦电桥 （测量低Q电感用）贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院43 （2）测量高Q电感贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院 图7-24 海氏电桥 （测量高Q电感用）44 7.2.2.3 测量电容（1）测量损耗小的电容 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院图7-25 串联电阻式比较电桥45 （2）测量损耗大的电容贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院46 7.2.3 电桥法测量集总参数元件的误差（1）标准元件值的误差（2）电桥指示器的误差7.2.4 ZL-6型LCR自动测量仪 ZL-6型LCR自动测量仪是一种高性能的全自动阻抗测量电桥适用于测量电感L、电容C、电阻R及相关的D、Q、Z值 ZL-6型LCR自动测量仪的原理框图如图7-27所示贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院47 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院48 7.3.1 Q表的组成和测量原理7.3.2 Q表的应用 7.3 Q表 7.3.3 GQ-70型高频Q表简介 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院49 5.3 Q表7.3.1 Q表的组成和测量原理在如图7-28所示的串联谐振电路中，当信号源频率与回路的谐振频率相同时，电路发生串联谐振。
这时电路中电流、电压及元件参数间满足下列关系： 图7-28 串联谐振电路贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院50 或 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院51 由于谐振时电感和电容两端电压达到最大值，且该电压是信号源电压的Q倍，如果信号源Us使用恒压源，则元件上的电压可用来指示电路的谐振状态，且能以Q值标度 应该指出的是：图7-28只适用于对高Q元件进行直接测量用于测量低Q元件则会产生较大的误差 7.3.1.2 Q表的组成 图7-29是Q表电路原理方框图，其电路组成包括信号源、耦合电路、Q值电压表及测量用的谐振回路内部装有空气可变电容器Cs作为标准元件 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院52 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院53 7.3.2 Q表的应用7.3.2.1 直接测量法（1）测量电容 这种测量方法一般采用如图7-30所示的谐振电路，其中Cx为被测电容测量时调节信号源频率f，使电压表的指示值最大记下此时的信号源频率fo（即为谐振频率），则 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院54 式中，Ls为标准电感，单位为μH；fo的单位为MHz。
V图7-30 直接测量法测电容贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院55 （2）测量电感 直接测量法亦可用于电感元件的测量，接法和图7-30相似，只是图中的标准电感Ls的位置接待测电感，被测电容的位置接可调的标准电容Cs选择适当的信号源频率，调整标准电容Cs，使电路谐振当测试用频率固定时，标准电容刻度盘可用电感定度，从刻度盘上直接读出被测电感量；由Q表直接读出电感器的Q值亦可按下面的公式计算设谐振时频率为fo，则 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院56 7.3.2.2 并联替代法 所谓并联替代法就是指被测元件与标准元件相并联这种方法适宜于测量高阻抗元件，例如大电阻、小电容、大电感等1）测量电容 测量电路如图7-31所示图中Cs为标准电容，其容量可调，并可直接读出本测量方法适用于被测电容Cx的容量小于Cs变化范围的情况 测量时，先不接被测电容Cx，使标准电容Cs处于最大值CS1，调节信号源频率使回路进入谐振状态；再将Cx并联接入回路，保持信号源频率不变，调节Cs至CS2，使回路仍处于谐振状态。
由于Cx与CS2并联的效果等于CS1，所以有贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院57 V图7-32 并联替代法测量电感贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院58 （2）测量电感 测量电路如图7-32所示测量时，在Lx接入回路之前，调节Cs至较小值CS1并调节信号源频率使回路进入谐振状态，则有 或 然后接入Lx，在信号源频率不变的情况下调节Cs至CS2，使回路重新谐振，则有 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院59 7.3.2.3 串联替代法 （1）测量电容 当被测电容Cx的值大于标准电容Cs的调节范围，就应采用如图7-33所示的大电容测量电路先将A端和B端短路，调节标准电容Cs使之处于较小值CS1，再调整信号源频率使回路产生谐振；然后断开A端和B端，接入被测电容Cx，保持信号源频率不变，调节Cs至CS2，使电路再次谐振由于Cx与CS2串联的效果等于CS1因此 即 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院60 （2）测量电感对小电感进行测量应采用如图7-34所示的串联替代法。
贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院61 7.3.2.4 线圈分布电容的测量 测量电路如图7-35所示，图中Co为被测线圈L的分布电容Cs为标准电容 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院62 7.3.3 GQ-70型高频Q表简介GQ-70型高频Q表的原理方框图如图7-36所示贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院63 本节小结 Q表的测量原理：串联谐振电路及其特点 Q表的组成：信号源、耦合电路、Q值电压表、测量用谐振电路等四个部分组成 Q表的应用：直接测量法、并联替代法、串联替代法测量电容与电感 GQ-70型高频Q表简介：组成、原理方框图及工作原理、应用等 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院64 7.4.1晶体管特性图示仪的基本工作原理 7.4.2晶体管特性图示仪的基本组成7.4 晶体管特性图示仪7.4.3 QT1晶体管特性图示仪的测试原 和使用方法 GQ-70型高频Q表简介 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院65 7.4 晶体管特性图示仪7.4.1晶体管特性图示仪的基本工作原理 测绘晶体管特性曲线有两种方法：点测法和图示法。
用点测法测绘晶体管特性曲线的基本步骤其测试电路如图7-37所示 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院66 晶体管的输出特性是指当基极电流IB为某一定值时，集电极和发射极之间的电压UCE与集电极电流IC之间的关系，即其测试的步骤如下 （1）先固定一个IB，然后改变电源电压从0到UCC，分别测得在不同的UCE下所对应IC值 （2）再将IB固定到另一个值，重复上述步骤，再次测得在不同的UCE下所对应IC值 （3）余此类推，便可得出不同IB时的多组在不同的UCE下所对应IC值 （4）最后，以UCE为横坐标，IC为纵坐标，IB为参变量作图，便可得出不同IB时的一组共发射极晶体管的输出特性曲线 从上述测试步骤可以看出，如果要将晶体管的输出特性曲线自动显示在示波管的荧光屏上，至少应解决以下三个问题贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院67 （1）对应于每一个测试步骤需要提供不同的基极注入电流IB，也就需要有一个如图7-38（a）所示的基极阶梯电流 （2）对于每一个固定的IB值，需要改变一次集电极的电源电压UCC，一般用如图7-38（b）所示的正弦半波电压来实现。
由于这种正弦半波电压可直接从市电经全波整流取得，所以目前大部分图示仪都是利用这种方法，并把此电压称为集电极扫描电压 （3）要能把IC和UCE的数据及时取出，送到示波管的荧光屏上去显示出特性曲线解决的方法是直接从晶体管的集电极和发射极之间取出UCE经过放大后送到示波管的水平偏转板上因为示波管垂直偏转板需要的也是电压，所以在IC回路中接入一个小电阻RS（称为取样电阻），利用欧姆定律，就可取得正比于IC的电压US，它直接反映了IC的变化只要RS取得较小，就不会影响测试结果然后把US通过放大器加到示波管的垂直偏转板上，便可在示波管的荧光屏上显示出晶体管的输出特性曲线 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院68 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院69 根据上述原理，可以得出图示仪的基本原理图，如图7-39所示贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院70 w以上讨论了晶体管共发射极的输出特性如果要测量和显示输入特性曲线（IB~UBE），如图7-40所示从图7-40中的（3）和（4）点处取出UBE和IB，IB的取出如同取出IC一样，也是经过取样电阻RS取出的。
把UBE通过放大器接到示波管的X偏转板上，把IB经RS的压降经过放大器接到示波管的Y偏转板上，这样就可以在示波管的荧光上显示出晶体管的输入特性曲线w通常，测绘晶体管的输出特性与输入特性共用一个电路，两者之间通过转换开关进行转换图7-40就是这样的电路这样就可以在示波管的荧光屏上显示出不同接法的输入、输出特性曲线以及有关的主要参数如从图7-40中的（3）、（4）点处取出的电压送到示波管便可测得晶体管的输入特性曲线，而从（1）、（2）点处取出的电压送到示波管便可测得晶体管的输出特性曲线 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院71 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院72 7.4.2 晶体管特性图示仪的基本组成 由上述原理可以看出，晶体管特性图示仪应包括下面几个部分，其基本方框图如图7-41所示 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院73 （1）基极阶梯波信号发生器：提供必要的基极注入电流2）集电极扫描电压发生器：提供从零开始可变的集电极电源电压3）同步脉冲发生器：用来使基极阶梯信号和集电极扫描电压保持同步，使其正确稳定地显示图形（特性曲线）。
4）测试转换开关：当测试不同接法和不同类型的晶体管特性曲线和参数时，用此开关进行转换5）放大器和显示电路：用以显示被测晶体管的特性曲线，其作用原理和电路形式与普通示波器基本相同，所以也可用普通示波器代替6）电源：为各部分电路提供电源电压贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院74 7.4.3 QT1晶体管特性图示仪的测试原理和使用方法7.4.3.1 QT1晶体管特性图示仪的整机方框图 QT1型晶体管特性图示仪的框图如图7-42所示由图可知，它主要由集电极扫描发生器、基极阶梯波发生器、X轴和Y轴放大器、测试转换开关、电源及显示电路等部分组成其工作原理简要叙述如下 当选择被测晶体管连接成共发射极（共E极）或共基极（共B极）后，通过测试转换开关，从集电极电压、集电极电流、基极（或发射极）电压和基极（或发射极）电流四者中任选两者，分别送到X轴放大器和Y轴放大器，使相应的特性曲线显示在示波管的屏幕上 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院75 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院76 7.4.3.3 QT1晶体管特性图示仪的使用 （1）晶体管特性和主要参数的测试现以3DG6三极管为例，说明用QT1测量晶体管特性和主要参数的方法。
①输出特性的测试UCE(X轴)IC(Y轴)图7-43 共发射极输出特性测试简图 a、共发射极的输出特性 测试原理简图如图7-43所示开关和旋钮位置如下测试选择：IC~UCE极性转换：NPN共E扫描量程：0~20V集电极电压：2V/度集电极电流：2mA/度阶梯电流：20μA/级功耗电阻：1kΩ贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院77 X倍率、Y倍率均为1×1，顺时针方向旋转“扫描电压调节”旋钮至一定位置时，屏幕上即显示出输出特性曲线，如图7-44所示 根据共发射极直流电流放大系数和共发射极交流电流放大系数β的定义，在输出特性曲线上可求出 和β 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院78 图7-44 3DG6的c-e极输出特性曲线贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院79 b、共基极的输出特性图7-44 3DG6的c-e极输出特性曲线测试原理简图如图7-45所示开关和旋钮位置如下测试选择：IC~UCE极性转换：NPN共B扫描量程：0~20V集电极电压：2V/度集电极电流：2mA/度阶梯电流：1 mA/级。
功耗电阻：100Ω 调节“扫描电压调节”旋钮，在荧光屏上将显示出特性曲线，根据共基极直流电流放大系数和共基极交流电流放大系数α的定义，在输出特性曲线上可求出和α 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院80 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院81 ②输入特性的测试UCB(X轴)IC(Y轴)图7-45 共基极输出特性测试简图a、共发射极的输入特性测试原理简图如图7-46所示开关和旋钮位置如下测试选择：IB~UBE极性转换：NPN共EX倍率：×0.2挡Y倍率：×5挡阶梯电流：20μA/级 其余均与上述相同然后再沿顺时针方向旋转“扫描电压调节”旋钮，屏幕上出现曲线，如图7-47所示由图7-47可以求出晶体管的输入电阻 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院82 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院83 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院84 b、共基极的输入特性开关和旋钮位置如下测试选择：IB~UBE（实为IE~UBE）极性转换：NPN共B阶梯电流：200μA/级其余均同共发射极输入特性的情况 ③电流放大特性的测试 共发射极电流放大特性IB(X轴)IC(Y轴)图7-48 共发射极电流放大特性测试简图 测试原理简图如图7-48所示。
测试时开关和旋钮位置如下贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院85 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院86 测试选择：IC~IB极性转换：NPN共E集电极电流：2mA/度X倍率：×5挡Y倍率：×1挡阶梯电流：2μA/级 其他与上述相同曲线如图7-49所示由此曲线可以确定直流电流放大系数 和交流电流放大系数β 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院87 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院88 ⑥晶体管常见的几种不良特性a、特性曲线倾斜 如图7-52（a）所示，曲线发生整个曲线族倾斜，而且IC随UCE的增大而增大，这说明晶体管反向漏电流大，不能使用b、特性曲线分散 如图7-52（b）所示，零注入线（IB1=0）平坦，而其他曲线倾斜，这说明晶体管的输出电阻小，并且由于放大系数β的不均匀，会引起信号的失真c、小电流注入时特性曲线密集 如图7-52（c）所示，IC较小时曲线密集，这说明β小，晶体管在小电流工作时，放大作用小，容易引起信号的非线性失真使用时应选择适当的静态工作点和输入信号幅度与上述情况正好相反，有时也出现大信号注入时特性曲线密集。
使用时同样要注意静态工作点和输入信号幅度的选择d、曲线上升缓慢 如图7-52（d）所示，特性曲线的上升部分不陡，说明饱和压降大，不适合作为开关管用；如作放大管时，也存在工作范围小，噪声大等问题 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院89 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院90 （2）二极管特性的测试①正向特性的测试 测试原理简图如图7-53中把二极管接成如实线部分所示测试时开关和旋钮的位置如下测试选择：二极管特性 扫描量程：0~20V极性转换：PNP共E X倍率：×1挡集电极电压：0.1V/度 Y倍率：×1挡 将二极管的正极插入“E”，负极插入“C”顺时针方向调节“扫描电压调节”旋钮至一定位置，在荧光屏上就会显示出正向特性曲线，如图7-54中实线所示 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院91 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院92 w②反向特性的测试w测试原理简图如图7-53中把二极管接成如虚线部分所示测试时开关和旋钮的位置如下w测试选择：二极管特性 集电极电流：0.1mA度。
w极性转换：PNP共E 扫描量程：0~20Vw集电极电压：2V/度 X倍率、Y倍率均置于：×1挡w将二极管的正极插入“C”，负极插入“E”顺时针方向调节“扫描电压调节”旋钮至一定位置，在荧光屏上就会显示出反向特性曲线，如图7-54中虚线所示 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院93 w③说明wa、测试二极管正向特性时，应特别注意扫描电压的极性极性选择开关置于PNP时插座上的C为负，NPN时插座上的C为正wb、测试二极管反向特性时，“集电极电压（V/度）”应置于较大挡级，“集电极电流（mA/度）”置于较小挡级与测正向特性时，刚好相反wc、调节“扫描电压调节”旋钮时，应当较为缓慢，特别是测试正向特性时更要小心，否则会使二极管损坏当“扫描量程”置于高电压挡时，测试反向特性也要特别小心，否则易使二极管击穿和损坏贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院94 本节小结 基本工作原理：晶体三极管的特性与示波管的波形显示原理相结合 基本组成：由基极阶梯波信号发生器、集电极扫描电压发生器、同步脉冲发生器、测试转换开关、放大和显示电路、电源等六个部分组成 QT1晶体管特性图示仪：功能、整机方框图、使用以及使用注意事项贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院95 7.5.1集成电路的分类与万用表检测7.5.2中小规模集成电路的一般测试 7.5.3集成电路测试仪7.5集成电路的测试7.5.4大规模数字集成电路的JTAG测试贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院96 7.5.1 集成电路的分类与万用表检测 w7.5.1.1 集成电路的分类w（1）根据集成度分w①小规模集成电路。
w②中规模集成电路w③大规模集成电路w④超大规模集成电路w（2）根据处理信号的特点分w①数字集成电路w②模拟集成电路97 w（3）根据结构分w①半导体集成电路w②厚膜集成电路w③混合集成电路 w（4）根据智能程度与操作特性分w①可编程集成电路w②不可编程集成电路w7.5.1.2 集成电路好坏的估测w（1）在路测试贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院98 w在路测试时应用万用表的电压挡测量集成电路各脚的对地电压在集成电路供电电压符合规定的情况下，如有不符合标准电压值的引线脚，再检查其外围元器件，若无失效和损坏，则可认为是集成电路的问题w（2）非在路测试w非在路测试是用万用表的欧姆挡测量集成电路各引脚对其接地脚的电阻，然后与标准值进行比较，从中发现问题贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院99 7.5.2 中小规模集成电路的一般测试 w7.5.2.1 模拟集成电路的测试 w（1）线性芯片测试w线性集成电路在其工作范围内，仅对输入信号作一定比例的放大，不丢失原来的频率分量或产生新的频率分量运算放大器是最常用的一种线性集成电路芯片掌握了对运算放大器的特性的测量原理与方法，也即掌握了对一般线性集成电路的测试方法。
理想的运算放大器如图7-55所示，具有如下特性：① 输入阻抗Rin=∞； ② 输出阻抗Ro=0； ③ 电压增益Av=∞； ④ 带宽为∞； ⑤ 当Uin--Uin+=0时，Uo=0 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院100 图7-56 测量运算放大器开环输入阻抗101 w①运算放大器开环输入阻抗的测量 运算放大器的输入阻抗由两输入端之间和每个输入端与地之间的阻抗组成，如图7-56所示Rin称为差分输入阻抗，Rc称为共模输入阻抗当作为反相放大器使用时，同相输入端接地，Rc>>Rin，可以近似认为差分输入阻抗即为其输入阻抗w测量运算放大器开环输入阻抗的电路如图7-57所示为了避免运算放大器在开环状态下由于输入失调电压的影响而处于饱和状态，首先调节电位器Rw，使得运算放大器输出直流电压为0±1.0V，然后调节信号发生器的输出电压Us，使得运算放大器输出交流电压Uo的值在1V附近，记为Uo1第二步，将图中两个1kΩ电阻换成2个Rx，测得运算放大器的输出交流电压为Uo2，从而有贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院102 图7-57 运算放大器基本测试电路贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院103 w②运算放大器开环增益Av的测量。
Av的测量方法仍采用如图7-57所示测量运算放大器的输入阻抗的方法因为Av=Uo/Ui，且③运算放大器转换速率（ Sr ）的测量 具体测量电路如图7-58所示U(t)为低频（100Hz）方波，Sr=ΔU/Δt贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院104 图7-58 运算放大器转换速率的测量（a） 测量运算放大器转换速率电路；（b） 图(a)所示电路的输入和输出电压贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院105 w（2）一般模拟集成电路芯片的测试w①性能指标测量 图7-59是单片集成锁相环CD4046的测试电路w测试板上有一个16脚管座，各引脚已按技术要求接好电源电压Vcc=+5V，振荡电容C1=100pF，振荡电阻R1=3.3kΩ，环路滤波电阻R2=100kΩ，R3=5.1kΩ，C3=2.2μF外接分频器为128分频，方波信号源的频率为100Hz~20kHz测量时，第一步，在环路开路的情况下改变R1、C1的值，测出CD4046的振荡频率范围第二步，将环路闭合，将方波信号源的频率从100Hz至10kHz变化，测定CD4046输出频率的跟踪范围第三步，改变环路滤波电路的R2、R3、C3的值，测定锁相环的环路同步的建立时间和保持时间。
贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院106 图7-59 CD4046性能测试电路贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院107 w②集成电路芯片的测试 wa、电阻测量法：在不加电的情况下，测量功能引脚对地电阻和一些引脚之间的电阻wb、电压测量法：测量各引脚的对地直流电压wc、信号注入法：从某个引脚注入外部信号，观察芯片的输出状态w以调频信号解调芯片μPC1353为例，在图7-60所示的电路中，正常时各引脚对地电压如表7.4所示w引脚4是音频放大输入端，从此端加入1kHz的正弦波，如功放有输出，则可确定该芯片的供电部分与功放部分是正常的 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院108 图7-60 μPC1353应用电路贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院109 表表7.4 7.4 μPC1353PC1353各引脚对地电压测量值各引脚对地电压测量值引脚1234567891011121314电压/V4.74.75.85.38.26.15.16.411126.82.50.60.6贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院110 w7.5.2.2 数字集成电路的测试w数字集成电路处理的都是以0、1为特征的数字信号。
数字集成电路的电特性主要是数字电路的电特性，最主要的有输入电平、输出电平、输入电流、输出电流、转换时间、延迟时间、功率消耗等等这些电特性的测试，完全可以参照模拟集成电路的方法，按照技术要求设置电路工作条件，选用合适的测试仪表来完成w数字集成电路的功能，主要体现在逻辑关系与时序关系上这方面的测试可以选用集成电路测试仪进行便捷的测试，也可以选用逻辑分析仪进行仔细的研究 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院111 7.5.4 大规模数字集成电路的JTAG测试w集成电路测试仪（或测试系统）是用于集成电路设计、验证、生产测试的专用仪器（系统），按测试门类可分为数字集成电路测试仪、存储器测试仪、模拟与混合信号电路测试仪、测试系统和验证系统等由于这些测试仪的测试对象、测试方法以及测试内容都存在差异，因此各系统的结构、配置和技术性能差别较大 7.5.3 集成电路测试仪贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院112 w边界扫描测试技术最初是由各大半导体公司（Philips、IBM、Intel等）成立的联合测试行动小组JTAG（Joint Test Action Group）于1988年提出的，1990年被IEEE规定为电子产品可测试性设计的标准（IEEE1149.1/2/3）。
wIEEE1149.1标准支持以下3种测试功能：w(1) 内部测试——IC内部的逻辑测试；w(2) 外部测试——IC间相互连接的测试；w(3) 取样测试——IC正常运行时的数据取样测试wJTAG标准定义了一个串行的移位寄存器，寄存器的每一个单元分配给IC芯片的相应引脚，每一个独立的单元称为BSC，它位于输入管脚和内部逻辑之间，以及内部逻辑与输出管脚之间贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院113 wBSC起着把输入输出信号与内部逻辑隔离或连通的作用，所有的BSC在IC内部构成JTAG串联回路，如图7-61所示 图7-61 可扫描设计贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院114 w增加了BSC和相应的控制部分后，一个器件的管脚也要相应增加四个或五个，即如下JTAG引脚(如图7-62所示)：wTCK： 测试时钟输入；wTDI：测试数据输入，数据通过TDI输入JTAG接口；wTDO： 测试数据输出，数据通过TDO从JTAG接口输出；wTMS： 测试模式选择，TMS用来设置JTAG接口处于某种特定的测试模式；wTRST： 测试复位，输入引脚，低电平有效为可选引脚，并非每个JTAG接口都需要)。
贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院115 w在正常操作时，输入和输出信号可以不受干扰地通过BSC单元，完成内部逻辑的逻辑功能所有的BSR（Boundary-Scan Register，边界扫描寄存器）通过JTAG测试激活，当器件在TMS的控制下进入测试模式后，BSC单元可以把内部逻辑与外界信号隔离，而串行扫描数据则可以由TDI进入BSC单元JTAG内部有一个状态机，称为TAP控制器，用于边界扫描测试的控制TAP控制器在TCK时钟作用下，对TMS作出响应，去控制指令寄存器和数据寄存器的动作，完成特定的测试，测试数据由TDO输出w通过载入芯片生产商提供的边界扫描测试数据，检查其输出就可完成其测试 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院116 贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院117 w图7-63是一个板级的互连测试示意图各器件的BSC单元串联组成了一个可扫描的网（Net）贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院118 集成电路的分类：小规模、中规模、大规模、超大规模集成电路等四类 用万用表估测：在路测试(测各脚对地电压)、非在路测试(测各脚对地电阻) 中小规模集成电路的一般测试：模拟集成电路的测试、数字集成电路的测试 集成电路测试仪：分类、发展概况 大规模数字集成电路的JTAG测试：JTAG测试概念、JTAG接口、JTAG引脚本节小结贵州电子信息职业技术学院贵州电子信息职业技术学院119 。