电路元件参数测量.ppt

第4章 电路元件参数测量 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。 难点： 电路元件参数的定义和描述方法。 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。 4.1 概述 电电路元件如电电阻器、电电容器、电电感 器、晶体二极管、晶体三极管和集成电电 路等是组组成电电子电电路最基本的元件，它 们们的质质量和性能的好坏直接影响电电路的 性能。 电电路元件的测测量必须须保证测试证测试 条件 与规规定的标标准工作条件相符合。 u4.2 电路元件参数的测量 u4.2.1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； u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直标标法是将电电阻的类别类别 和主要技术术参数的数 值值直接标标注在电电阻的表面上，如下图图(a)所 示为为碳膜电电阻，阻值为值为 10k，精度为为1%。 图图 (c)所示为电为电 阻额额定功率的直接标识标识 方法 。 2电阻规格的色环法 u色环法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，如上图(b)所示。其中，第一、第 二色环表示电阻被乘数量值；第三环为 倍乘的量值；它们分别用X、Y、Z表示， 则电阻值为 : 表4.1各种颜色表示的数值 颜颜色 黑棕红红橙黄绿绿蓝蓝紫灰白金银银无色 表示数值值 012345678910-1 10-2 表示误误差（ %） 1 234 51020 如四环的颜色分别为红、紫、红、金，则电 阻阻值为？ R=（102+7）102=2.7K 第四环表示该电阻的误差为5%。 一般将电电位器的阻值值和功耗直接标标 注在器件的表面上，如下图图(d)所示两种 电电位器，左边为边为 卧式线线性可变电变电 阻器， 阻值为值为 0.5k；右边为边为 旋转转式对对数可变变 电电阻器，阻值为值为 100k。 3电位器的标识法 u二、测量原理和常规测试方法 u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。 u1.电阻的频率特性 u工作频率升高时，等效电路如图4.2所示。 图4.2电阻的等效电路 C RL v2固定电阻的测量 v万用表测量 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4.3所示。 图4.3 直流电桥测电阻 RX R1 R2Rn G E u其中R1,R2是固定电阻，称为比率臂，比例系数 k=R1/R2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4.4(a)、(b)所示， 有电流表内接和电流表外接两种测量电路。 图4.4 伏安法测电阻原理图 mA RX RA +- + V - RX mA RA + - + 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 被测电阻的实际值； RA 电流表内阻。 （2）电流表外接 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。 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。此差异为系统误差，为了尽可 能减少系统误差， u一是采用加修正值的方法； u二是根据被测电阻的阻值范围合理选用 电路。 当RxRA，即 ，可采用电流 表内接电路； 当RxRU，即 ，可采用电 流表外接电路。 u3.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（ 用万用表）。 u用示波器测量电位器的噪声 u示波器可以用来测量电位器、变阻器的 噪声。如图4.5所示。 RW 图图4.5 电电位器噪声测测量接线线 图图 示波器 E 输 入 输 入 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。 4.2.2 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，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。 （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。 二、测量原理和常规测试方法 u1电容的等效电路 电容的实际等效电路如图4.6(a)所示。在 工作频率较低时，等效电路可简化为如图4.6(b) 所示。 图4.6电容的等效电路 (a) 电容的实际等效电路 (b) 电容的简化等效电路 C0 R0L0 C0 R0 u2性能测量 u（1）估测电容的漏电流 用模拟万用表电阻档测电阻的方法，黑表笔 接“+”极，红表笔接“-”极，指示的电阻值 越大，表示漏电电流越小。 u（2）判断电容的极性 以电解电容为例，根据电解电容反向漏电电 流比正向漏电电流大的特性。 u（3）估测电容量 测量电容的充电电流，接线方法与测漏电电流时相同 ，表针向右摆动的幅度越大，表示电容量越大。 容量范围围 摆动摆动 （F） 范围围 测测量档 100 R100略有摆动摆动 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4.7所示的并联电路。 图4.7 谐振法测电容的原理图 VL R C0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。 被测电测电 容值值 CX为为 4交流电桥法测量电容量和损耗因数 串联电桥 图4.8 (a)交流串联电桥测量电容和损耗因数 G RX R4 R3 Rn Cn CX u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） 这种电桥适用于测量损耗小的电容器。对于损 耗较大的电容器，可采用并联电桥测量。 u并联电桥的测量 R4 R3 Rn G Cn CX RX 图4.8(b)交流并联电桥测量电容、电阻和损耗因数 图4.8(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 阻和损耗因数。 (3-7） 5.电容的数字化测量方法 一般采用电容电压转换器实现电容的数 字化测量，转换器如图4.9所示。 图4.9 电容-电压的转换电路 虚部实部 分离电路 R1 A + - Rx Cx Ux Ur US 式中 Rx被测电容的等效并联损耗电阻； US转换器输入的直流电压值； Ur转换器输出电压的实部值； UX转换器输出电压的虚部值。 (3-8) 4.2.3 电感的测量 u电感线圈在电路中多与电容一起组成滤波电 路、谐振电路等。 u一、主要参数 u1电感量L 线圈的电感量L也叫自感系数或自感，是 表示线圈产生自感应能力的一个物理量。 （3-9） 2.品质因数Q 线圈的品质因数Q也叫Q值，是表示线 圈品质质量的一个物理量。它是指线圈在 某一频率的交流电压下工作时，所呈现的 感抗与其等效损耗电阻之比。即: 3.分布电容 u线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、 线圈与磁芯、底板间存在的电容，均 称为分布电容。 u分布电容的存在使线圈的Q值减小， 稳定性变差，因此线圈的分布电容越 小越好。 二、测量原理和常规测试方法 u1电感的等效电路 u 等效电路如图4.10(a)所示。当C较小， 工作频率较低时，分布电容可忽略不计。等 效电路简化为图4.10(b)所示。 图4.10电感的等效电路 C RL0 (a) 电感的实际等效电路 (b) 电感的简化等效电路 R L0 2.谐振法测量电感 u 将交流信号源、交流电压表、标准电容C和被 测电感连成如图4.11所示的并联电路。 图4.11 谐振法测电感的原理图 V R C0 信号源 C LX 则被测电感值Lx为: 式中 Lx被测电感的电感量； C标准电容； C0标准电感的分布电容 f1第一次谐振的频率。 （3-10） 调节信号源的频率，使电路自然谐振，测出 f2的值。 V R C0 信号源 LX . 由上述两式可得: 式中 f2第二次谐振的频率。 （3-11） 将C0代入式（3-11）即可得到被测电感的电感量 。 3交流电桥法测量电感 u（1）马氏电桥 RX R3 Rn Cn LX R2 G 4.12(a)马氏电桥 u由电桥平衡条件可得 式中 Lx被测电感； Cx标准电容； Rx被测电感的损耗电阻。 （3-12） . （2）海氏电桥 R2 G R3 LX RX Cn Rn 4.12(b)海氏电桥电桥 . （3-13） 电桥法测量电感一般适用于低频运用的电 感，尤其适用于有铁芯的大电感。 如图4.12(b)所示，同样由电桥平衡条件可得 （3）文氏电桥 4.12(c)文氏电桥电桥 如图4.12(c)所示，同样由电桥平衡条件可得 电桥的平衡对频率很敏感，故可做频率测量和选 频电路用。 u在被测电感线圈的 时，采用 马氏电桥； u在被测电感线圈的 时，采用 海氏电桥。 实用交流电桥举例 u 4.通用仪器测量电感 u通用仪器测量电感的