第7章 电子元器件参数测量技术.ppt

第7章电子元器件参数测量技术 7 1万用电桥 工作在低频电路的元件参数常采用电桥法进行测量 电桥法实际上是一种比较测量法 它把被测量与同类性质的标准量进行比较 从而确定被测量大小的方法 万用电桥就是一种在低频条件下测量电阻 电容 电感参数的交流阻抗电桥 7 1 1电桥的分类与平衡条件 直流电桥直流电桥电路原理图如图7 1所示 四个桥臂均为电阻 由直流电源供电 只能测量电阻 该电桥又称惠斯通电桥 工作时 调节一个或几个桥臂上的电阻 使检流计指示为零 此时电桥处于平衡条件 被测电阻为如果R1 R2 R3均为标准电阻 检流计的灵敏度也很高 则被测电阻的准确度很高 图7 1直流电桥电路原理图 交流电桥 电桥平衡条件为 7 2 根据上式 可以计算出被测元件ZX的量值 电桥平衡时有 7 3 7 4 图7 2交流电桥电路原理图 当相邻两桥臂为纯电阻时 另外两个桥臂应呈现同性电抗 当某一对角桥臂为纯电阻时 另外一对角桥臂应呈现异性电抗 当两个桥臂由纯电阻构成时 呈现电抗特性的桥臂必须由标准可调电阻和电抗件构成 该电抗件一般选用标准可调电容 电桥的整体框图如图7 3所示 它由桥体 信号源 1000Hz振荡器 和晶体管指零仪三部分组成 桥体是电桥的核心部分 由标准电阻 标准电容及转换开关组成 通过转换开关切换 可以构成不同的电桥电路 对电阻 电容 电感进行测量 测量桥体由惠斯通电桥 电容串联电桥 麦克斯威电桥 7 1 2QS18A万用电桥 1 万能电桥组成和工作原理 1 电桥法测电容 测量电容时 桥体连接成图7 4所示的串联电容电桥 维恩电桥 根据电桥的平衡条件 ZXZ4 Z2Z3 可导出 7 7 由实部相等可得 由虚部相等可得 7 9 7 10 7 8 2 电桥法测电感 测量电感时 桥体连接成如图7 5所示 麦克斯威电桥 被测电感接在1 2两端 LX是它的电感量 RX是它的等效串联损耗电阻 当电桥平衡时由平衡条件可以导出 LX R2R3C4 RX R2R3 R4 Q C4R4 这里只例举了两种电桥 实际上 不同厂家 不同型号的产品 综合了多种不同特点的电桥以获得更好的性能 表7 1给出了常用的各种电桥的基本线路 特点和平衡条件 电桥设计要点 为结构简单 设计两臂为电阻 相邻两臂为电阻 另两臂则为同性阻抗 相对两臂为电阻 另两臂则为异性阻抗 为易平衡 多采用标准电容作标准电抗 它比标准电感精度高 3 电桥法测电阻 QSl8A型万能电桥的电阻测量电路采用惠斯通电桥 如图7 1所示 原理同直流电桥 直流电桥用于精确地测量电阻的阻值 当电桥平衡时 有 通常 R3 R2与的比值做成一比率臂 K称为比率臂的倍率 R1为标准电阻 称为标称臂 只要适当地选择倍率K和R1的阻值 就可以精确地测得Rx的阻值 这里只例举了三种电桥 实际上 不同厂家 不同型号的产品 综合了多种不同特点的电桥以获得更好的性能 表7 1给出了常用的各种电桥的基本线路 特点和平衡条 电桥设计要点 为结构简单 设计两臂为电阻 相邻两臂为电阻 另两臂则为同性阻抗 相对两臂为电阻 另两臂则为异性阻抗 为易平衡 多采用标准电容作标准电抗 它比标准电感精度高 2 面板说明 图7 6QS18A型万用电桥面板图 1 测量接线柱 2 外接插孔 3 拨动开关 4 量程开关 5 损耗微调 6 损耗倍率选择开关 7 指示电表 8 灵敏度调节 9 读数调节旋钮 10 损耗平衡调节旋钮 2 QS18A万能电桥的使用 1 测量范围 电容测量 电感测量 电阻测量 3 使用方法 例7 1用QS18A万用电桥测量线圈的电感量Lx及Qx值 当电桥平衡时 左边测量读数盘 粗调 示值为0 6 右边测量读数盘 细调 示值为0 028 量程开关在100mH挡上 损耗倍率开关在Q 1挡上 损耗平衡盘读数为3 5 求被测电感Lx和品质因数Qx 解 由上面介绍的QS18A万用电桥的使用方法可知 Lx 0 6 0 028 100mH 62 8mHQx 1 3 5 3 5 例7 2 有一标称值为510pF的电容 用QS18A型万用电桥测量 试问 量程选择和损耗倍率开关应放在何位置 若两读数盘示值分别为0 5和0 043 损耗平衡示值为1 2 其电容量和损耗值各为多少 解 量程选择开关应放在1000pF处 损耗倍率开关应放在D 0 01处 C 1000 0 5 0 043 543pF D 0 01 1 2 0 012 7 2高频Q表 工作在高频电路中的元件参数通常采用谐振法进行测量 谐振法把被测元件接入LC回路 调节回路参数使其产生谐振特性 然后根据相应的关系来确定被测量的数值 在测量精度要求不高时 则常常使用谐振法 虽然它没有电桥法测量准确 但它的测量条件要求低 测量电路简单 受分布参数影响小 因此得到广泛应用 高频Q表是一种利用谐振法 在高频条件下 测量电容量及损耗因数 D值 电感量及品质因数 Q值 电感线圈的分布电容 高频回路的等效电阻及传输线的阻抗特性等参数的多用途仪器 其使用简便 工作频带宽 易于校准 更适合于高Q元件的测量 7 2 1谐振法测量原理 当回路达到谐振时 有 且回路总阻抗为零 即 将回路调至谐振状态 根据已知的回路关系式和已知元件的数值 求出未知元件的参量 1 谐振法测电感 直接法测电容 图7 10直接法测量电容 2 谐振法测量电容 按图7 10把被测电容Cx接好 调节振荡源频率f使电压表指示最大 则被测电容为直接法测量电容的误差包含 分布电容 线圈和接线分布电容 引起的误差 当频率过高时引线电感引起的误差 当回路Q值较低时 谐振曲线很平坦 不容易准确找出谐振点 电压表指示值最大 也会产生误差 替代法测电容 图7 11并联替代法测小电容 在不接CX的情况下 将可变电容C调到某一容量较大的位置 设其容量为C1 调节信号源频率 使回路谐振 然后接入被测电容CX 信号源频率保持不变 此时回路失谐 重新调节C使回路再次谐振 这时C为C2 那么被测电容CX C1 C2 替代法测电容 当被测电容容量大于标准电容器的最大容量时 必须用串联接法 如图7 12所示 先将图中1 2两端短路 调到容量较小位置 调节信号源频率使回路谐振 这时电容量为C1 然后拆除短路线 将CX接入回路 保持信号源频率不变 调节C使回路再次谐振 此时可变电容C为C2 显然C1等于C2与CX的串联值 即 由此得 图7 12串联替代法测大电容 3 Q表的工作原理 Q表是由一个频率可变的高频振荡器 一只标准的可变电容器和一个高阻抗的电子电压表组成 当谐振电路谐振时 电容 或电感 上的电压 Q XC R 1 R2 f0C Q us uc 除了从电压表读出Q值外 还可以由振荡器和电容器的刻度盘上读出f和Cs的数值 从而根据 的关系计算出线圈的电感Lx 为了方便起见 在标准电容器的度盘上加一条电感刻度 那么在测量一些特定频率时 可以不经计算而直接由刻度盘上读出Lx值 7 2 2QBG 3型高频Q表 QBG 3型Q表是一种多功能 多用途 多量程的阻抗测试仪器 它是根据串联谐振原理 以电压比值刻度Q值的 它能测量高频电感和谐振回路的Q值 电感器的电感量及其分布电容量 电容器的电容量和损耗角 配以专用夹具对电工材料的高频介质耗损 高频回路有效并联及串联电阻 传输线的特性阻抗等等 1 波段选择开关 2 频率刻度盘 3 定位指示表 4 定位零位校直旋钮 5 定位细调 粗调旋钮 6 Q值指示表头 7 Q值零位校直旋钮 8 Q值范围选择开关 9 主调电容度盘 10 微调电容度盘 11 电源开关 12 电源指示灯 13 测量用接线柱 图7 14QBG 3型Q表面板图 7 3晶体管特性图示仪 晶体管特性图示仪简称图示仪 具有显示直观 使用方便 读测简单等优点 用途比较广泛 它可以测量PNP和NPN型三极管的输入特性 输出特性 电流放大特性 各类晶体二极管的正反向特性 场效应管漏极特性 转移特性 以及反向饱和电流 击穿电压 值 夹断电压和跨导等参数 尤其在晶体管各种极限参数和击穿特性的观测时 采用瞬时电压和瞬时电流能使被测晶体管只承受瞬时过载而不会造成损坏 因此对晶体管的测试和晶体管的合理应用都带来极大的方便 但是一般不能用于测量晶体管的高频参数 7 3 1晶体管特性图示仪的测量原理与基本组成 1 基极阶梯波发生器 2 集电极扫描电压发生器 3 测试转换开关 4 垂直放大器 水平放大器 或称X轴和Y轴放大器 5 按作用在X轴和Y轴上的物理量不同 示波管显示不同的特性曲线 1 晶体管特性图示仪的基本组成 2 晶体管特性图示仪的测量原理 晶体管特性曲线是指晶体管极电压与电流或电流与电流之间的关系曲线 对于晶体三极管 输出特性曲线是指在IB固定的条件下 集电极电流IC随集电极和发射极电压UCE变化而变化的关系曲线 对应于不同的IB都有一条与之对应的输出特性曲线 从而形成一簇特性曲线 图7 16是NPN型三极管输出特性曲线逐点测量法示意图 首先调节EB固定基极电流IB 改变EC值 可测得一组UCE和IC值 再改变基极电流IB 重复上述过程 可测得多组数值 适当选取坐标 即可得到三极管输出特性曲线 如图7 15 b 所示 图7 16NPN型三极管输出特性曲线逐点测量法示意图 逐点测量法是晶体管特性图示仪测量原理的基础 而晶体管特性图示仪的测量为动态测量 因此为了实现以上过程 晶体管特性图示仪应具备以下功能 1 能够提供测试过程所需的不同的基极电流IB 2 每一个固定IB期间 集电极与发射极之间的电压UCE应作从小到大的相应改变 3 能够及时取出各组UCE IC曲线送至示波管X Y电路 从而显示出输出特性曲线 在晶体管特性图示仪中 所需的基极电流由基极阶梯信号发生器提供 如图7 17所示 改变阶梯波每个周期的级数 可得到不同的曲线数 7 2高频Q表 基极阶梯信号和集电极扫描电压信号是为被测晶体管提供合适的偏置电压 使其工作在放大状态 改变这两部分信号的极性开关 就可以对晶体管 NPN型或PNP型 提供极性不同的偏置电压 改变这两部分信号的大小 可使被测晶体管工作在特定的工作状态 通过改变X轴和Y轴上的物理量 在示波管上可测的管的不同参数 7 3 2YB4811型晶体管图示仪 Y轴部分 6 示波管波形显示 7 电流 度开关 8 Y轴移位 电源及示波管显示部分 1 电源开关 2 辉度 3 光迹旋转 4 聚焦 5 辅助聚焦 X轴部分 9 X轴移位 10 电压 度开关 11 双簇移位 12 13 级 簇阶梯信号 14 调零 15 串联电阻 16 电流 电压 极 17 重复 关 选择开关 18 单簇按钮 19 极性 集电极电源部分 20 保险丝1 5A 21 容性平衡 22 辅助容性平衡 23 功耗限制电阻 24 峰值电压Vce旋钮 25 Vce极性 26 峰值电压范围 27 3KV高压测试按钮 测试控制器部分 29 B测试插孔 30 A测试插孔 同上 31 测试选择开关 A B选择开关 当A按入时 A测试插孔被接通 当B按入时 B测试插孔被接通 当A和B全部弹出时 此时工作在双簇显示状态 A测试孔和B测试插孔交替接通 同时显示A管和B管的特性曲线 这一功能便于晶体管的配对与比较 2 使用晶体管特性图示仪的注意事项 1 使用时要正确选择阶梯信号在测量三极管的输出特性时 阶梯电流就不能太小 否则 不能显示出三极管的输出特性 阶梯电流更不能过大 这样容易损坏管子 应根据实际测量三极管的参数来确定其大小 2 集电极功耗电阻 的选用当测量晶体管的正向特性时 选用低阻档 当测量反向特性时 选用高阻档 集电极功耗电阻过小时 集电极电流就过大 若集电极功耗电阻过大 就达不到应该有的功耗 3 峰值电压范围 的选用当电压由低的电压范围转换到高的电压范围时 一定注意先将 峰值电压 旋钮调至0 以防损坏晶体管 4 测试大功率晶体管和极限参数 过载参数时应采用单簇阶梯信号 以防过载而损坏晶体管 5 在测试MOS型场效应管时 一定注意不要悬空栅极 以免因栅极感应电压而击穿场效应管 6 测试完特别注意的问题应将 峰值电压范围 置于 0 10V 档 峰值电压调节 调至0位 阶梯信号选择 开关置于 关 位置 功耗电阻 置于最大位置 3 晶体管特性参数测试 1 NPN型9011 9013三极管的输出特性曲线测试 仪器开关设置Vc峰值电压范围0 5V极性正 功耗电阻250 X轴集电极电压1V 度Y轴集电极电流1mA 度阶梯信号重复极性正 阶梯电流10 A 级串联10 测试前 峰值电压旋钮逆时针置 最小 Y轴输出的两曲线间隔高度值div 集电极电流A div 阶梯电流A 9 2 0 1 92 2 PNP型三极管的输出特性曲线 仪器开关设置 Vce峰值电压范围0 5V极性正 功耗电阻250 X轴集电极电压1V 度Y轴集电极电流1mA 度阶梯信号重复极性 阶梯电流2 A 级测试前 Vc峰值电压旋钮逆时针置 最小 按测试三极管输入插座的标识 插入PNP型9014的管脚E B C 调节集电极扫描电压旋钮 观察三极管的输出特性曲线 从图中测出三极管的 值 Y轴输出的两曲线间隔高度值 集电极电流A div 阶梯电流A 3 N沟耗尽型管3DJ7G的特性曲线 峰值电压范围0 20V极性正 功耗电阻1K X轴集电极电压1V 度Y轴集电极电流0 5mA 度阶梯信号重复极性负 阶梯电压0 2V 级将场效应管的栅极 源极和漏极分别插入NPN型管座的B E C管脚 调节集电极扫描电压旋钮 观察特性曲线 4 硅整流二极管1N4007的正向特性曲线 峰值电压范围0 5V极