项目七-电子元器件的测量与仪器

项目七电子元器件的测量与仪器在电子技术中，电子元器件的测量主要包括电阻、电感、电容、阻抗品质因数Q及损耗因数D的测量和二极管、晶体管、场效应晶体管等器件的测量。平时在课本中看到的电阻、电感、电容基本上都是理想化的，那实际的电阻、电感、电容是怎么样的呢？实际的电阻可以等效为纯电阻R与寄生电感LR串联，再与分布电容CR并联，如图7-1所示。寄生电感是由于绕制电阻的金属丝或碳膜电阻制造过程中的刻槽等原因而产生的，在低频状态下，LR很小，CR很大，故可以忽略寄生电感LR和分布电容CR的影响，但在高频状态下，应考虑LR和CR的影响。在电路中应尽量选择寄生电感、分布电容小的电阻，或使用无引脚电阻，一般膜式电阻的寄生电感和分布电容较小，线绕式电阻较大。图7-1实际电阻的等效电路,实际电感可以等效为串联损耗电阻RLS与纯电感L的串联或并联损耗电阻RLP与纯电感L的并联，如图7-2所示。事实上实际电感还包含分布电容，但在频率不高的情况下，由于分布电容的影响较小，故可以忽略。通常用品质因数Q来表示电感的损耗大小，即（串联等效电路）（并联等效电路）Q越大，表示损耗越小。a）串联等效电路b）并联等效电路图7-2实际电感的等效电路,实际电容可以等效为串联损耗电阻RCS与纯电容C的串联或并联损耗电阻RCP与纯电容C的并联，如图7-3所示。损耗电阻包括电容漏电阻和介质损耗电阻。事实上实际电容还存在引线电感，因为低频状态下引线电感的感抗很小，可以忽略。通常用损耗因数DX（或损耗角正切tan）来表示电容的损耗大小，即（串联等效电路）（并联等效电路）式中，XC为电容的容抗；为电容的损耗角。Dx越大，表示损耗越大。a）串联等效电路b）并联等效电路图7-3实际电容的等效电路,电阻、电容、电感都是电路的基本元件。电路基本元件参数是电路测试的基本内容之一。由于电路元件的工作频率范围不同，测试的方法和测试的仪器也有所不同。对于工作在低频电路中的元件大多采用电桥法（万用电桥）；对于工作在高频电路中的元件，大多采用谐振法（Q表）等。下面介绍怎么用电桥法、谐振法、伏安法测量电阻、电感、电容、阻抗品质因数Q及损耗因数D等参数。,模块1电桥的使用一、教学目标终极目标：能够熟练使用交、直流电桥正确测量电容、电感和电阻。促成目标：1）能懂得交、直流电桥测试的基本原理。2）能知道交、直流电桥基本组成。3）会交、直流电桥的正确使用。4）会用交、直流电桥测量电容、电感和电阻。二、工作任务1）用交流电桥测量电容容量。2）用交流电桥测量电感量。3）用惠斯登电桥测量中阻值电阻。4）用开尔文电桥测小阻值电阻及电机、变压器和各种电器设备的直流电阻。,三、相关实践知识电桥电路是电磁测量中电路连接的一种基本方式，电桥有直流电桥和交流电桥之分，直流电桥主要用于电阻测量，直流电桥有单臂电桥（惠斯登电桥）和双臂电桥（开尔文电桥），单臂电桥（惠斯登电桥）主要用来测中值电阻（11M），双臂电桥（开尔文电桥）主要用来测低值电阻（10-51）。交流电桥可测电阻，还可测电容容量、电感量等。,（一）直流单臂电桥我们知道电阻的测量，在电气测量中占有重要的地位。测量方法可以采用仪表（万用表）直接测量，也可以利用欧姆定律（伏安法）间接测量，但为了得到较高的测量准确度，应用更多的是采用比较测量法，即用电桥去测量。直流单臂电桥有模拟式和数字式两类，其外形图如图7-4所示，直流单臂电桥又称惠斯登电桥，是测量1以上中阻值电阻的一种比较精密的测量仪器。图7-4模拟式和数字式直流单臂电桥外形图,1QJ23型直流单臂电桥的组成QJ23型直流单臂电桥面板主要由检流计、外接检流计接线端钮、外接/内接检流计转换开关、测量盘（比较臂）、电源按钮、检流计按钮、被测电阻接线端钮、内接/外接电源转换开关、外接电源接线端钮、量程倍率开关（比率臂）、检流计零位调整器、灵敏度调节旋钮等组成，其面板图如图7-5所示，面板上各旋钮开关作用分别说明如下：（1）检流计（调零仪）可根据指针偏转，调节电桥平衡。（2）外接检流计接线端钮可以通过它外接检流计。（3）外接/内接检流计转换开关外接检流计时转换开关置“外接”，内接检流计时转换开关置“内接”。“外接”可用于锁定内接检流计指针，避免损坏检流计。,（4）测量盘（比较臂）有4档，每个转盘有9个完全相同的电阻组成，分别构成可调电阻的个位、十位、百位和千位，总电阻从09999变化，所以电桥的测量范围为19999000。（5）电源按钮B按下电源接通（可以锁定）。（6）检流计按钮G按下接入检流计（点按）。（7）被测电阻接线端钮用于外接被测电阻。（8）外接/内接电源转换开关外接电源时转换开关置“外接”，内接电源时转换开关置“内接”。（9）外接电源接线端钮可以通过它外接电源。（10）量程倍率开关（比率臂）有7档，即0.001、0.01、0.1、1、10、100、1000。,（11）检流计零位调整器可调节内接检流计的零点。（12）灵敏度调节旋钮可调节检流计的灵敏度。图7-5QJ23型直流单臂电桥面板图,2QJ23型直流单臂电桥的使用QJ23型直流单臂电桥的使用方法如下：1）先将检流计的锁扣打开（由“外接”至“内接”），调节检流计零位调整器把检流计指针调到零位。2）把被测电阻接在“RX”的位置上。要求用较粗较短的连接导线，并将漆膜刮净，接头拧紧，避免采用线夹。因为接头接触不良将使电桥的平衡不稳定，严重时可能损坏检流计。3）估计被测电阻的大小，选择适当的量程倍率（比率臂），使比较臂的四档都能被充分利用。这样容易把电桥调到平衡，并能保证测量结果的4位有效数字。4）先按电源按钮B，再点按检流计按钮G。,5）调整比较臂电阻使检流计指向零位，电桥平衡。若指针指“+”，则需增加比较臂电阻，针指向“-”，则需减小比较臂电阻。6）读取数据：被测电阻=比较臂比率臂。7）测量完毕，先断开检流计按钮，在断开电源按钮，然后拆除被测电阻，再将检流计锁扣锁上，以防搬动过程中损坏检流计。8）发现电池电压不足时应更换，否则将影响电桥的灵敏度。,3QJ23型直流单臂电桥的使用注意事项1）仪器使用完毕后将外接/内接检流计转换开关、外接/内接电源转换开关扳向外接，以切断内部电源，电源按钮B、检流计按钮G松开。2）在测量感抗负载的电阻（如电机、变压器等）时，必须先按电源按钮B，然后按检流计按钮G。断开时，先放开检流计按钮G，再放开电源按钮B。3）正确选择比率臂，使比较臂的第一盘（1000）上的读数不为0，才能保证测量的准确度。4）为减少引线电阻带来的误差，被测电阻与测量端的连接导线要短而粗。还应注意各端钮是否拧紧，以避免接触不良引起电桥的不稳定。5）当电池电压不足时应立即更换，采用外接电源时应注意极性与电压额定值。6）被测物不能带电。对含有电容的元件应先放电后再测量。,（二）直流双臂电桥直流双臂电桥也有模拟式和数字式两类，主要用来测量金属导体的导电系数，电动机、变压器绕组的直流电阻值，各种电器的接触电阻以及其他各类直流低值电阻。现以QJ44型直流双臂电桥为例，介绍它的结构组成和使用，QJ44型携带式直流双臂电桥，内附晶体管检流计和内附工作电源，适合于工矿企业、实验室或车间现场。1QJ44型直流双臂电桥的组成QJ44型直流双臂电桥面板主要由电流接线柱（图中标注1）、电位接线柱（2）、电桥外接工作电源接线端钮（3）、检流计放大器开关（4）、检流计（5）、检流计调零旋钮（6）、倍率读数旋钮（7）、检流计灵敏度调节旋钮（8）、粗调旋钮（9）、细调旋钮（10）、电桥工作电源按钮（11）、检流计电源按钮（12）等组成，其面板图如图7-6所示，电路图如图7-7所示。,图7-6QJ44型直流双臂电桥面板图,图7-7QJ44型直流双臂电桥电路图,QJ44型直流双臂电桥的使用方法如下：1）在电池盒内装入1.5V一号电池用作电桥的工作电源、1节9V电池用做检流计工作电源。如用外接直流电源1.52V时，电池盒内的1.5V电池应预先全部取出。2）B1开关扳到“ON”位置，等稳定后，调节检流计指针零位。3）检查灵敏度旋钮在最低位置。4）将被测电阻两端接在电桥相应的C1、P1、C2、P2的接线柱上。5）估计被测电阻值大小，选择适当倍率位置，先按下G按钮，再按下B按钮，适当调节灵敏度旋钮，观察检流计指针（注意尽量不要让检流计指针的摆度超过量程，以免打坏指针），根据检流计指针偏移方向及偏移程度，调节粗调及细调旋钮。,具体方法是：假设检流计指针向正方向偏移，先将灵敏度旋钮放至最低位，然后将粗调旋钮指示向大值方向调动一格，然后再稍微旋转灵敏度开关，观察检流计指针，继续调节，直到检流计指针向负方向偏移，然后将细调旋钮放至最大数位处，缓慢调节灵敏度，同时细调旋钮缓慢逆时针旋转，（向小数值方向调节），直到灵敏度在最高位时，检流计指针在零刻度处。6）将灵敏度旋钮旋至最低位，然后松开B按钮，再按下，如此几次，检流计指针应无太大变化，测试结束。7）松开B按钮，再松开G按钮，最后断开B1按钮。8）测试数据记录：被测电阻=倍率读数（粗调读数+细调读数）。,3QJ44型直流双臂电桥使用的注意事项1）在测量电感电路的直流电阻时，应先按下B按钮，再按下G按钮，断开时，应先断G按钮，后断开B按钮。2）在测量时，为了测试数据精确，应将电位接线和电流接线分开接，电位接线应靠近被测电阻。3）电桥使用完毕后，B与G按钮应断开，B1开关应扳向“断”位，避免浪费检流计放大器工作电源。4）电桥如长期不用，应将电池取出。5）QJ44型直流双臂电桥被测电阻范围与倍率位置见表7-1。,表7-1QJ44型直流双臂电桥被测电阻范围与倍率位置表,（三）交流电桥交流电桥是一种比较式仪器，与直流电桥相似，在电子测量技术中占有重要地位。它主要用于交流等效电阻、电容及其介质损耗、电感及其线圈品质因数和互感等电气参数的精密测量，也可用于测量材料的介电常数、磁性材料的磁导率和液体的电导率等参数。常用的交流电桥分为阻抗比电桥和变压器电桥两大类，习惯上一般称阻抗比电桥为交流电桥。现以QS18A型万用电桥为例，介绍它的结构组成和使用。1QS18A型万用电桥的组成QS18A型万用电桥是一种便携式交流电桥，主要用于测量电阻、电感、电容等参数。电桥主要由桥体、信号源（1kHz）和晶体管检流计三部分组成。桥体是电桥的核心部分，实际上是由直流电桥、交流电容电桥及电感电桥组合而成。使用时，通过变换开关进行切换，以实现不同参数或量程的测量，图7-8为QS18A型万用电桥面板图，,面板上各开关旋钮的作用分别说明如下：（1）被测元件接线柱用于连接被测元件。（2）外接插孔用于外接音频电源。（3）外/内1kHz选择开关用于选择电桥工作电源。（4）量程开关确定测量范围，各示值是指电桥读数在满刻度时的最大值。（5）损耗微调旋钮用于细调平衡时的损耗，一般情况下置于“0”位置。（6）损耗倍率选择开关用来扩展损耗平衡的读数范围用，分为三档：Q1、D0.1、D1。在一般情况下测量空芯电感线圈时，此开关放在Q1位置，测量一般电容（小损耗）时放在D0.01位置，测量损耗值较大的电容（大电解电容）时放在D1位置，测量电阻时，该开关不起作用。,（7）指示电表用于指示电桥的平衡状态。当电桥平衡时，电表指示为零。（8）接地接线柱用于可靠接地。（9）灵敏度调节旋钮用于控制电桥放大器的放大倍数。开始测量时，应降低灵敏度，随后再逐渐增大。（10）读数调节旋钮（读数盘）用于调节电桥的平衡状态，由粗调和细调组成。（11）损耗平衡调节旋钮用于调整测量被测元件（电容或电感）的损耗因数或品质因数。（12）测量选择开关用于确定电桥的测量内容。测量完毕，此开关应置于“关”位置，以降低机内干电池的损耗。,图7-8QS18A型万用电桥面板图,2QS18A型万用电桥的使用QS18A型万用电桥使用方法如下：1）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，如果用外部电源，则将外部电源接到“外接”插孔上，拨动电源选择开关至“外”的位置。2）根据被测量，将测量选择开关旋至“C”、“L”、“R10”或“R10”处。3）估计被测量的大小，选择量程开关的位置。4）根据被测元件的情况，选择合适的损耗倍率开关档位。在一般情况下测量空芯电感线圈时，此开关放在Q1位置，测量一般电容（小损耗）时放在D0.01位置，测量损耗值较大的电容时放在D1位置，测量电阻时，该开关不起作用。,5）根据电桥平衡情况，调整灵敏度调节旋钮使指示电表读数由小逐步增大。6）反复调节电桥的读数盘和损耗平衡旋钮，并在调整过程中逐步提高指示电表的灵敏度直至电桥平衡。此时存在如下关系：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例7-1用QS18A型万用电桥测量线圈的电感量LX及QX值，当电桥平衡时，左边读数盘（粗调）示值为0.6，右边读数盘（细调）示值为0.028，量程开关在100mH档上，损耗倍率开关在Q1档上，损耗平衡盘读数为3.5，求被测电感LX和品质因数QX。解：由QS18A型万用电桥的使用方法介绍，可知LX=(0.6+0.028)100mH=62.8mHQX=13.5=3.5,四、相关理论知识（一）直流单臂电桥的工作原理直流单臂电桥又称惠斯登电桥，其电路如图7-9所示，图中ac、cb、bd、da四条支路为电桥的四个臂，其中R1（RX）为被测臂，R2、R3构成比率臂，R4称为比较臂。在电桥的对角线cd上连接指零仪表（一般是检流计），另一对角线ab上连接直流电源E。在电桥投入工作时，先接通电源，调节电桥的一个臂或几个臂的标准电阻，使检流计指针指示为零，这时，就表示电桥达到平衡。在电桥平衡时，cd两点的电位相等，则Uac=UadUcb=Udb即I1R1=I4R4I2R2=I3R3将这两式相除，得当电桥平衡时，Ig=0。所以，I1=I2，I3=I4。代入上式得R1R3=R2R4上式是电桥的平衡条件。它说明在电桥平衡时，两相对桥臂上电阻乘积等于另外两相对桥臂上电阻的乘积。,图7-9直流单臂电桥电路根据这个关系，在已知三个臂电阻的情况下，就可确定另外一个臂的被测电阻的电阻值。设被测电阻RX是位于第一个桥臂中，则（7-1）,电桥的平衡条件是通过检流计的电流Ig为0，所以指零检流计应有足够的灵敏度。但开始测量时灵敏度不能太高，以免损坏仪表，只能在接近平衡后逐步提高它的灵敏度。当被测电阻小于10时，引线电阻、电桥连接处接触电阻已经影响到桥臂的电阻值和测量的准确度。因此测量小于10的电阻时，单臂电桥已不适用，必须选用双臂电桥。,（二）直流双臂电桥的工作原理直流双臂电桥也是由检流计、比率臂和比较臂组成。比率臂为两对可同步调节的可调电阻，电流接头CS1、CS2之间用一条的粗母线连接，其电路如图7-10所示。根据双臂电桥电路的连接方式，可写出以下三个方程：联立求解后可得式中若能使,则（7-2）可以从电桥比率臂和比较臂电阻求得被测电阻。,电位接头的引线电阻与接触电阻包含在比率臂电阻中，若使比率臂电阻大于10，则相比之下引线电阻与接触电阻可略去不计，电流接头引线电阻与接触电阻包含在R0中，电桥平衡过程，R0大小既不影响电桥的平衡条件，也与测量结果无关。在遵循双臂电桥接线规则的情况下,可以用来测量小于10，直至0.0001的电阻，例如测量电机绕组的电阻等。图7-10直流双臂电桥电路,（三）交流阻抗电桥的工作原理单、双臂直流电桥只能测量电阻，而测量交流参数要用交流阻抗电桥，其电路如图7-11所示。主要由四个桥臂、电源及平衡指示器等组成，四个桥臂由交流阻抗元件组成，电源为纯正弦交流电源，适当配置各桥臂阻抗性质，调节各桥臂参数使电桥平衡（Ig=0），电桥平衡条件如下：或即（7-3）（7-4）由此可见，要使交流阻抗电桥完全平衡，必须满足式(7-3)及式(7-4)，即振幅平衡条件和相位平衡条件。所以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。,图7-11交流阻抗电桥电路要满足交流阻抗电桥的平衡条件，四个桥臂的阻抗大小与性质要按一定条件配置，配置不当就不可能达到平衡。常用的能调节平衡的几种典型的交流阻抗电桥如图7-12所示。,a）维恩电桥b）并联电容电桥c）西林电桥d）串联欧文电桥e）马克斯威尔电桥f）海氏电桥图7-12几种典型的交流阻抗电桥,模块2Q表的使用一、教学目标终极目标：能够熟练使用Q表测量电感、电容等元件的电参数。促成目标：1）能懂得Q表测量的基本原理。2）能知道Q表的基本组成。3）会Q表的正确使用。4）会用Q表测量电感的电感量和品质因数Q、电容的容量和损耗因数DX。二、工作任务1）用Q表测量电感的电感量及品质因数Q。2）用Q表测量电容的电容量及损耗因数DX。,三、相关实践知识高频Q表是一种通用的、多量程的高频阻抗测量仪器。它可测量高频电感，高频电容及各种谐振元件的品质因数（Q值）、电感量、电容量、分布电容、分布电感，也可测量高频电路组件的有效串、并联电阻、传输线的特征阻抗、电容的损耗角正切值、电工材料的高频介质损耗、介质常数等。因而高频Q表不但广泛用于高频电子元件和材料的生产、科研、品质管理等部门，也是高频电子和通信实验室的常用仪器。QBG-3D型数字式高频Q表是老产品QBG-3B型、AS2851型、AS2852型高频Q表的换代产品。它的测试回路采用了优化的设计、优质的介质材料和优良的涂覆工艺使残值减少，其高频信号源、Q值测定和显示部分运用了微机技术和智能化管理，结合数码锁定信号源频率，谐振回路自动搜索，测试标频自动设置等技术，使得测试准确度更高，使生产线分选测试速度大增。,（一）QBG-3D型数字式高频Q表面板旋钮的名称与作用QBG-3D型数字式高频Q表前面板结构图如图7-13所示。各主要功能单元，除了显示部分为了显示方便，调谐测试回路、放大单元为了减小分布参数，安装在面板上外，其余都安装在机内底板上。面板左半部是频率显示、Q值显示、操作按键和频率调谐旋纽所在部位。面板右半部是调谐回路的主、副调电容所在部位。仪器的频段控制、标频设定、谐振点搜索、Q值合格点设置都以轻触按键实现控制，频率调谐由数码开关完成。前面板各功能键说明如下：1频率显示数码管，共五位。2频率单位指示灯，MHz或kHz。3器件Q值合格指示灯，超过已设置的值时灯亮。4Q值指示数码管，共三位。,5工作频段选择按键，每按一次，切换至低一个频段工作。6工作频段指示灯，表格内为对应的频段工作频率范围。7工作频段选择按键，每按一次，切换至高一个频段工作。8工作频段内，标准测试频率设置按键。9器件谐振点搜索按键，右上角指示灯亮时表示仪器正工作在自动搜索。如需退出搜索，再按此键。10频率调谐数码开关。11Q值合格比较值设定按键。12Q值调谐指示表。13对应各工作频段的电感测量范围和标准测试频率表。14调谐回路的副调谐电容调谐旋钮，它与主调谐电容并联，旋钮上方对应的窗口内是该电容的变化范围指示刻度盘。,15调谐回路的主调电容调谐旋钮，上方对应的窗口内为主调电容的电容值和谐振时对应的测试电感值刻度盘。16电源开关。17测试回路接线柱，左边两个为电感接入端，右边两个为外接电容接入端。18Q值量程手动控制指示灯，灯亮时为手动控制方式。19Q值量程自动/手动控制方式选择按键。20Q值量程手动方式时，低一档量程选择按键。21Q值量程手动方式时，高一档量程选择按键。22Q值量程满度值指示灯，依次为30、100、300、1000量程。,图7-13QBG-3D型数字式高频Q表前面板结构图,QBG-3D型数字式高频Q表后面板结构图如图7-14所示，后面板各功能键说明如下：1交流220V电源输入三芯插座，内含熔丝0.5A220V。2信号源工作频率监测输出端（TTL电平，阻抗为1k）。图7-14QBG-3D型数字式高频Q表后面板结构图,（二）QBG-3D型数字式高频Q表的应用1高频线圈电感值的测量将被测线圈接在“LX”接线柱上，接触要良好，根据线圈大约电感值，在面板对照表上选择一标准频率，然后将信号发生器调节到这一点标准频率上，副调谐电容刻度放在“0”上，调节主调谐电容到谐振，这时刻度盘所指的电容数为C1，刻度盘上所指电感值，乘以对照表上所指的倍数，就是线圈有效电感值（L）。注意当被测电感小于1H时，按上法测得电感值还应减去仪器中测试回路本身剩余电感“L0”（QBG-3D型数字式高频Q表的L0约为27nH）。,2高频线圈的Q值测量将被测线圈接在“LX”接线柱上；选择适当的工作频段和工作频率，将副调谐电容调至“0”，先调主调谐电容到谐振，再调副调谐电容到精确的谐振点，即Q表读数达最大，此读数即为被测电感的有效Q值。注意当Q值量程选择自动切换时，在调谐时，如遇量程自动转换，应停顿一下，待Q值稳定后，根据读数值变大或变小，确定继续调电容的方向。3高频线圈分布电容C0的测量如线圈的分布电容较大，可用此法近似测试线圈的分布电容。将被测线圈按在“LX”接线柱上，调主调谐电容到最大电容数值，调信号源频率到谐振，令谐振时频率和指示调谐电容分别是f1和C1。然后将信号源频率调到f2（f2=nf1），再调主调谐电容到谐振点，此时电容读数为C2，根据下式即可求出分布电容量(测量时副调谐电容到零)。若取不同C1进行多次测量后取一个平均值，则测试结果将较为准确。,4电容容量及损耗因数的测量（1）测量范围内的小于主调谐电容量的电容的测量可用并联替代法测量。选一个适当的标准电感接到“LX”的两端，将副调谐电容调至零，主调谐电容调到最大值附近，假定为C1，如未知电容容量是比较小的，C1应调到较小电容值附近，以便达到尽可能高的分辨率。调信号源的频率，使测试回路谐振，令谐振器Q的读数为Q1；将被测电容接在“CX”两端，调主调谐电容，使测试电路再谐振，令新的主调谐电容值为C2，指示Q值为Q2，则被测电容的有效电容为CX=C1C2。电容损耗因数为（2）大于主调谐电容量的电容的测量可用串联替代法测量。选一个适当的标准电感接到“LX”的两端，将副调谐电容调至零，主调谐电容调到最大值附近，假定为C1，调信号源的频率，使测试回路谐振，取下标准电感，将其与被测电容串联后再接于接“LX”的接线柱，重新调节主调谐电容到谐振，此时主调谐电容量读数为C2，则CX可由下式得到：,5Q合格预置功能使用Q合格预置功能特别适用于工厂需大批量测试某同规格元件的Q值时，当该元件Q值超过某一给定值即为合格，这时合格指示灯亮仪器同时呜叫提醒，这样可减轻工人视力疲劳，同时大大加快了测试速度。Q合格预置的步骤如下：选择要求的测试频率，用一只合格元件或一只辅助线圈调谐测试回路，使Q值读数指示在所需预置Q值位置上，按一下Q值合格比较按键，使Q合格指示灯亮，同时仪器发出呜叫声，此时该功能设置就结束了。换上要测试的器件，调副调谐电容至谐振点，如果该器件的Q值大于设定的Q值，Q合格指示灯就亮，同时仪器发出呜叫。如需取消已设置的合格值，只需拿去被测元件，待Q值指示0时，再按一下设置键即可。,6标准测试频率按键的使用如果你需在标准测试频率点上，测试器件时，你可以先按频段选择键选择好标准频率所在的工作频段，然后再按一下标准频率设置按键，仪器就会替你自动准确地设置好测试频率，省去你花时间去调节频率。7谐振点自动搜索功能的使用如果你对电感元件无法确定它的数值时，你就可用该功能来帮你寻找出它的谐振频率点。其步骤如下：把元件接以接线柱上，主调谐电容调到中间位上(大概)，按一下搜索按键，右上角指示灯亮时，仪器就进入搜索状态。仪器从最低工作频率一直搜索到最高工作频率，如果你的元件谐振点在频率覆盖区间内，搜索结束后，将会自动停在元件的谐振频率点附近，如果临时要退出搜索状态，可再按一次搜索键，仪器会退出搜索操作。,8频率调谐开关的使用QBG-3D的频率调谐采用了数码开关，它能辨别使用者的要求，来调节频率变化的速率（频率变化值档），在你快速调节该开关时，频率变化速率也加快。当你缓慢调节开关时，频率变化速率也慢下来，最低可小于分辨力。因此在调谐时接近所需的频率时，应放缓调节速度。当你调节的频率超出工作频段的频率时，仪器会自动选择低一个或高一个频段工作。实际的各工作频段频率范围比面板上提供的频率范围略宽一些。,9测试注意事项1）本仪器应水平安放，校准Q值指示的电表机械零点。2）如果你需要较精确地测量，请接通电源后，预热30min，再进行测试。3）调节主调谐电容的电容量时，特别注意当刻度调到最大或最小值时，不要用力继续再调。4）被测件和测试电路接线柱间的接线应尽量短，足够粗，并应接触良好、可靠，以减少因接线的电阻和分布参数所带来的测量误差。5）被测件不要直接搁在面板顶部，离顶部1cm以上，必要时可用低耗损的绝缘材料如聚苯乙烯等做成的衬垫物衬垫。6）手不得靠近试件，以免人体感应影响造成测量误差，有屏蔽的试件，屏蔽罩应连接在低电位端的接线柱。,四、相关理论知识（一）Q表的组成Q表的组成框图如图7-15所示，其主要包括高频振荡电路、定位指示电路、谐振指示电路、测试回路和电源供给电路五个部分。图7-15Q表的组成框图,（1）高频振荡电路通常是一个电感三点式振荡电路。一般产生频率为50kHz50MHz的高频振荡信号。分若干个频段，由波段开关（仪器面板）控制变换频段，每个频段的频率由双联可变电容（仪器面板的频率度盘）连续调节。高频振荡电路的输出信号通过电感耦合线圈馈送到宽带低阻分压器R1、R2（由1.96、0.04组成）。借助调节电位器（仪器面板上的定位粗调和定位细调旋钮）改变高频振荡电路的相关直流电压，可以控制一定大小的高频信号电压，加到宽频带低阻分压器上，此高频信号通过电阻分压后加入串联谐振回路。（2）定位指示电路加在宽频带低阻分压器上的高频信号电压由作定位指示用的电子电压表测量，用以监视引入串联谐振回路的高频电压的大小。当调节高频振荡电路的输出信号电压，使定位指示器的指示在定位线“Q1”上时，宽带低阻分压器的输入电压为500mV，通过分压，从0.04电阻上取出的10mV的高频信号电压，加到测试回路（串联谐振回路）上。分压电阻是一个0.04的小电阻，以实现低阻抗的高频信号源，减小电源内阻对测量电路的影响。作为定位指示用的电子电压表的零点调节（即起始电流补偿）由一只电位器（仪器面板上的定位校正旋钮）担当。,（3）测试回路回路中有两个标准可变电容，一个是主调谐电容（2250pF），另一个是副调谐电容（513pF）；有两对接线柱：“LX”和“CX”，“LX”接被测线圈或辅助线圈（测量电容时）；“CX”接被测电容等。由被测线圈（或辅助线圈）与标准电容（或包括被测电容）组成一个串联谐振回路。当调节标准可变电容的电容量或振荡电路的频率，使串联谐振回路谐振时，作谐振指示器的电子电压表指示最大。（4）谐振指示电路谐振指示电路是一个作谐振指示和Q值读数的电子电压表，它并接在串联谐振回路中的可变电容的两端。当串联谐振回路达到谐振状态时，电容两端的电压达最大值，电子电压表指示达最大。由于回路谐振时标准可变电容两端的电压是测试电路的输入电压值Ul的Q倍，即U2=QUl，Q=U2/U1，这里的Q值是串联谐振回路的品质因数，可以认为是串联谐振回路线圈的品质因数。在U1为定值时（当定位指示器指示在“Q1”位置时），测试电路输入电压Ul等于10mV，所以Q值正比于U2值（假使U2为0.lV，则Q为10；假使U2为0.5V，则Q为50；假使U2为lV，则Q为100；），因此可将作为谐振指示器用的电子电压表的表度盘直接按Q值刻度。这样刻度以后，在测量时便可以直接读出Q值。,一般测量Q值的量程分三档：10100、20300、50600，由电子电压表的灵敏度转换开关（仪器面板上的Q值范围开关）选择。作为谐振指示器的电子电压表的零点调节（即起始零点补偿），由一只电位器（仪器面板上的Q值零位校正旋钮）担当。（5）电源供给电路通常采用磁饱和稳压器和稳压管双重稳压，保证仪器在电源电压变化较大的情况下正常工作。,（二）Q表的工作原理谐振法构成的测量仪器成为Q表，Q表的工作原理是以LC谐振回路的谐振特性为基础而进行测量的。在高频段，谐振回路受杂散耦合等的影响较小，且比较符合电感、电容的实际工作情况，因此，Q表在高频段测量结果比较准确，是测量高频元件的常用方法。LC谐振回路是由电感、电容及回路等效损耗电阻R组成。如果信号源电压为US，测量回路处于谐振状态，则存在如下关系：式中，fs为信号源频率；f0为谐振频率；，为谐振角频率。,当测量电感时，被测电感的品质因数Q为当测量电容时，被测电容的损耗因数D为由上可知，在信号源电压US一定时，电容两端的电压与Q值成正比，电压表可以刻度成为Q值指示器。同时增大以上电流I值可以扩大UC值，即扩大品质因数Q的测量范围，电路中的电流表可以刻度成为Q值倍乘指示器。,（三）测量电感原理谐振法测量电感，可以用直接测量法，也可以用下面介绍的串联替代法和并联替代法。1串联替代法串联替代法适合测量容量比较小的电感，其原理图如图7-16所示，图中信号源与测量回路之间采用的互感耦合方式，这样，信号源内阻对测量回路的谐振特性产生的影响减少。测量步骤如下：1）将1、2端短接，调节CS到较大电容位置，假设为C1，调节信号源频率，使回路谐振，即V指示最大，设谐振频率为f0，此时满足：,2）去掉1、2之间的短路线，将LX接入回路，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：3）求解以上两式组成的方程组，得图7-16串（并）联替代法原理图,2并联替代法并联替代法适合测量大电感。其测量步骤如下：1）将图7-16中1、2两端短接，调小可变电容CS为C1，调节信号源频率使回路谐振，即电压表V指示值最大，设谐振频率为f0，此时满足：2）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：3）求解以上两式组成的方程组，得,（四）测量电容原理谐振法测量电容，一般采用串联替代法和并联替代法。替代法可以有效地消除测量电路分布电容或引线电感所造成的影响。1串联替代法串联替代法适合测量大电容，如图7-16所示。其测量步骤如下：1）将1、2端短接，调小可变电容CS为C1，调节信号源频率使测量回路谐振，设谐振频率为f0。2）去掉短路线，将被测电容CX接至1、2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。3）上述两次测量，测量回路中的电感以及前后两次的谐振频率未变，因此，前后两次测量回路的等效电容值是相等的，即,2并联替代法并联替代法适合测量小电容，如图7-16所示，图中1、2端始终短接或接入一标准电感，其测量步骤如下：1）不接入被测电容CX，调大可变电容CS为C1，调节信号源频率使测量回路谐振，设谐振频率为f0。2）将被测电容接至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。3）上述两次测量，测量回路中的电感以及前后两次的谐振频率未变，因此，前后两次测量回路的等效电容值是相等的，即，。,模块3电路的基本测量一、教学目标终极目标：能够熟练使用伏安法及三表法正确测量电阻、电容与电感。促成目标：1）能懂得伏安法测量的基本原理。2）能知道三表法测量电路的基本结构。3）会用伏安法及三表法测量交、直流电路的基本参数。二、工作任务1）用伏安法测量电阻、电容及电感。2）用三表法测量电阻、电容及电感。,三、相关实践知识（一）伏安法测量灯泡电阻实验小明和小强在学习过欧姆定律后，对导体的电阻测量产生了浓厚的兴趣，利用课余时间去学校的实验室进行伏安法测量灯泡电阻的实验。其实验电路图如图7-17所示。a）b）图7-17伏安法测量灯泡电阻实验电路图,在实验的过程中，他们发现了一个问题。不管他们怎么移动滑动变阻器、调整电压，最后测得的灯泡的电阻值总有些差异。小明和小强认真检查了自己的实验电路，两个人的实验电路都是正确无误的，那么，是什么原因造成了这种不同呢？开始时，小明和小强认为可能是使用的电流表、电压表和滑动变阻器不同造成的，可当他们换用相同的实验器材再次进行实验时，发现他们测量的相同的电阻的阻值还是不同。仅仅是实验时产生的误差吗？还是有一些自己还不了解的因素呢？原来，造成小明和小强在测量同一个电阻时阻值不同的原因在于，他们使用的电路不同，因此就有了一定的差异。图7-17a所示电路的电流表接在电压表的外面，叫做电流表外接法；而图7-17b所示电路的电流表接在电压表的里面，叫做电流表内接法。正是这点造成了所测的电阻值有差别。,实际情况是，电流表有很小的内阻，电压表虽然内阻很大，但也不是无限大，也有电流通过。因此，图7-17a电压表内实际上有很小的电流通过，因此电流表测量的是通过电阻和电压表的电流之和。由于电压表的分流，电流表测出的电流比通过小灯泡的电流要大些，这样计算出的电阻值就要比真实值小些。图7-17b中电流表两端也有很小的电压，因此电压表测量的就是电阻和电流表两端的电压之和。由于电流表的分压，电压表测出的电压比小灯泡两端的电压要大些，这样计算出的电阻值就要比真实值大些。由于电压表和电流表本身具有内阻，把它们连入电路以后，不可避免地要改变被测电路中的电压和电流，给测量结果带来误差。所以在伏安法测量小灯泡的电阻的实验中采用哪种方法更好，要考虑小灯泡的电阻与电