电子测量仪器 2

2020/6/6,1,7.1电子器件特性及参数测量仪器7.2集总参数阻抗的测量,第7章电子元器件参数测量及仪器,结束放映,2020/6/6,2,7.1电子器件特性及参数测量仪器,1、电子元件：主要指电阻器、电容器、电感器。2、电子器件：主要指电真空管、集成电路及半导体分立器件（如：二极管、三极管和场效应管等）。3、测量对象（1）元器件的参数（如：二极管的正向压降、反向击穿电压；三极管的值、ICM、UCEO参数；场效应管的夹断电压Up、饱和漏电流IDSS)；（2）器件的特性曲线(如：二极管的正向特性曲线、反向特性曲线；三极管的输出特性曲线、输入特性曲线；场效应管的输出特性曲线、转移特性曲线)等。,返回,7.1.1电子器件参数测量仪器的分类,2020/6/6,3,7.1.2晶体管特性曲线的测量,1、关于测量晶体管特性曲线的思考,（1）点测法（静态法）以NPN型晶体管的输出特性曲线为例,晶体管特性曲线是指其有关电极的电压电流之间或者电流电流之间的关系曲线。测试晶体管特性曲线主要有点测法（静态法）和图示法（动态法）,2020/6/6,4,缺点：繁琐，描绘一条曲线需要观测多次电压、电流值；由于不知UCEO、ICM等极限值，改变UCC值时容易损害被测器件。,调节UBB，固定一IB值。调节UCC使UCE从零变到某一固定值。测出一组UCE与IC的数据，描绘出一条IB为某一固定值的IC=f（UCE）的曲线。再调节UBB改变一个IB值，重复上述过程。,2020/6/6,5,2、图示法（动态法）（1）思路：用阶梯信号代替可调基极电压VBB，用集电极扫描电压（全波整流信号）代替可调集电极电压UCC，构建如下测试电路，并用示波器显示输出特性曲线。,两个问题：产生的IB、UCE波形如何，有什么样的关系？示波器上显示的波形是什么样的？,2020/6/6,6,（2）原理：集电极扫描电压采用50Hz交流电的全波整流电压，UCE自动从零增至最大值，然后又降至零；阶梯波电压每上升一级，相当于改变一次参数IB。UCE与IB应保持同步变化。,2020/6/6,7,（3）输出特性曲线：把UCE送入X轴系统，把IC经电阻RF的取样电压送入Y轴系统。此时屏幕上即可得到图所示的输出特性曲线。每一个扫描电压周期，光点在屏幕上往返一次，描绘出一条曲线。每个扫描周期对应一级阶梯波，改变阶梯波的级数即可得到所需数目的曲线。,2020/6/6,8,2、半导体管特性图示仪（晶体管特性图示仪）将图示法的有关组成部分有机地结合起来，是一种专用示波器。,2020/6/6,9,（1）基本组成,基极阶梯信号源：产生阶梯电流或阶梯电压。为被测晶体管提供偏置。内设调零电位器，保证阶梯电压的起始级为零电平。阶梯的级数通过“级/簇”旋钮调节。可提供不同极性、不同大小的阶梯信号，供测试不同类型的半导体分立器件时采用。集电极扫描电压发生器：采用工频电压经全波整流而得到的100Hz的单向脉动电压。扫描电压的极性和大小均可以变换。取样电阻将电流转换为电压，使Y轴表示集电极电流的变化。示波器：包括X放大器、Y放大器及示波管。开关及附属电路：极性开关；X轴、Y轴选择开关；零电压、零电流开关；灵敏度校准电压。,2020/6/6,10,（2）半导体管特性图示仪测量原理二极管特性曲线测试,测试正向特性加正极性扫描电压，测试反向特性时加负极性扫描电压；不使用阶梯信号；将集电极电压接至X轴，RF上的取样电压接至Y轴，即可显示相应的特性曲线。,返回,2020/6/6,11,三极管输出特性曲线测试,2020/6/6,12,三极管输入特性曲线IB=f(UBE)的测试,2020/6/6,13,被测管的集电极接全波整流扫描电压；阶梯信号提供基极电流。取样电阻RB两端的电压加至示波器的Y输入端，UBE加至示波器的X输入端。,阶梯信号作为扫描信号要提供大的功率，在电路上实现起来比较麻烦，在实际仪器中采用下图所示接法。,2020/6/6,14,注意：IB和UBE均为阶梯波，IB每级高度基本相同，IBRB构成示波器的UY。UBE每级高度不同，构成示波器的UX。,2020/6/6,15,场效晶体管漏极特性曲线测试,场效晶体管转移特性曲线测试,2020/6/6,16,晶体管特性图示仪产品介绍,XJ4810型半导体管特性图示仪面板图,2020/6/6,17,7.2集总参数阻抗的测量,返回,7.2.1集总参数元件简介,集总参数元件指电阻器、电容器和电感器。,1、电阻器（1）理想的电阻器：理想电阻器不含电抗分量，流过它的电流与其两端的电压同相。（2）实际的电阻器：存在一定的寄生电感和分布电容；低频状态下，LR和CR的影响由于感抗很小，容抗很大，可以忽略不计；高频状态下，由于感抗很大，容抗很小，必须考虑LR和CR的影响。,2020/6/6,18,2、电容器（1）两种不同的等效电路：实际电容器存在引线电感和损耗电阻，在频率不太高的情况下，引线电感的影响由于其感抗很小可忽略不计。,（2）损耗因数D：表示电容器的损耗大小。D值越大损耗越大。,2020/6/6,19,3、电感器（1）两种不同的等效电路：实际电感器存在分布电容和损耗电阻，在频率不太高的情况下，分布电容的影响由于其容抗很大可忽略不计。,（2）品质因数Q：表示电感器的损耗大小。Q值越大损耗越小。,2020/6/6,20,电桥法（零示法）：是一种比较测量法，它把被测量与同类性质的已知标准量相比较，从而确定被测量的大小。工作在低频状态的集总参数元件可以使用电桥法测量。电桥：利用电桥法原理制成的测量仪器。主要用来测量电阻器的阻值、电感器的电感量及品质因数Q、电容器的电容量及损耗因数D等。万用电桥（或万能电桥）：同时具备测量电阻器、电容器和电感器功能的电桥。它具有测量灵敏度高、准确度高的特点。,7.2.2电桥法,电桥的组成：主要包括电桥电路、信号源和指零电路三部分,2020/6/6,21,1、电桥的平衡条件：（1）常见四臂电桥的组成：,四个阻抗元件Z1Z4称为桥臂，组成电桥电路；us为信号源；P为指零仪，用以指示电桥的平衡状态。电桥平衡时，指零仪P指示为零，其中没有电流流过。,2020/6/6,22,（2）平衡条件：Z1Z3=Z2Z4,振幅平衡条件：,相位平衡条件：,电桥平衡必须同时满足两个条件：振幅平衡条件和相位平衡条件。当四个桥臂均为纯电阻时，由于没有相位变化，只要满足振幅平衡条件即可。,实际电桥电路中，除一个桥臂接入被测阻抗元件外，其余三个桥臂均接入已知标准元件。电桥调节平衡后，根据电桥平衡条件即可确定阻抗元件参数。,2020/6/6,23,（3）电桥的构建：思路：设Z4为被测元件，则有,为操作方便，使Z1、Z2、Z3中一个作为调节电桥平衡的元件，另外两个为固定元件；再为简化电路，固定元件以纯电阻为标准元件，可调元件用标准电阻器和电容器串联或并联实现。,2020/6/6,24,臂比电桥：Z3为调节电桥平衡的元件，Z1、Z2为固定元件。,因而Z3、Z4为性质相同的元件。此电桥可测量电容器。,又因Z1、Z2为纯电阻，则：,有：,则：,其中Z1/Z2为定值,2020/6/6,25,臂乘电桥：Z2为调节电桥平衡的元件，Z1、Z3为固定元件。,其中为定值。,又因Z1、Z3为纯电阻，则：,则：,因而Z2、Z4为性质不同的元件。此电桥可测量电感器。,有：,2020/6/6,26,返回,2、万用电桥的原理,（1）惠斯登电桥（测电阻）,电桥的平衡条件：,式中R2、R3为固定电阻，R4为可调标准电阻。,2020/6/6,27,（2）串联电容比较电桥,电桥的平衡条件：,适用于测量损耗小的电容,2020/6/6,28,电桥的平衡条件：,（3）并联电容比较电桥,适用于测量损耗大的电容,2020/6/6,29,（4）麦克斯韦文氏电桥,电桥的平衡条件：,适用于测量Q值较低的电感,2020/6/6,30,（5）海氏电桥,适用于测量高Q值电感,电桥的平衡条件：,2020/6/6,31,万用电桥的使用,QS18A型万用电桥面板图,2020/6/6,32,1、谐振法测量原理,7.2.4谐振法,串联谐振的谐振频率：,回路总阻抗：Z0=R,回路电流：,电抗元件两端电压：UC=UL=QU,回路Q值：,返回,利用调谐回路的谐振特性来测量高频阻抗元件，依据谐振法制成的Q表特别适合于高Q值、低损耗阻抗元件的测量。用电阻器、电容器与电感器构成串联电路，当信号源频率与回路谐振频率相同时，电路产生谐振。,可在电容两端并联电压表观测电压指示，最大时即为谐振状态。,2020/6/6,33,2、测量方法(1)直接法测电容原理电路：,Ls为标准电感，调节信号源us频率至f0时电压表V的指示最大，即产生谐振：,(pF),2020/6/6,34,测电感原理电路：,Cs为可调标准电容，调节信号源us频率至要求的测试频率f0。调节Cs使电压表V指示最大，即产生谐振：,(H),2020/6/6,35,（2）并联替代法适于测量小电容、大电感等高阻抗元件。测电容,测量时：A、不接电容Cx，调Cs至一较大值Cs1，改变信号源频率使回路谐振；B、将Cx并联接入电路，保持信号源频率不变，调Cs至Cs2，回路重新谐振。C、则Cx=Cs1Cs2,直接法测量元件时，分布电容和引线电感都会引起测量误差，为了尽可能减少这些误差，可采用替代法。,2020/6/6,36,测量电感,测量时：A、不接Lx，调Cs至一较小值Cs1，改变信号源频率至f0，回路谐振。,B、接入Lx，保持信号源频率不变，调Cs至Cs2，回路重新谐振。C、得,2020/6/6,37,(3)串联替代法适于测量大电容、小电感等低阻抗元件。测量电容,测量时：A、将A、B端短路，调Cs至一较小值Cs1，调节信号频率至f0，回路谐振。B、断开A、B端，接入Cx，保持f0不变，调节Cs至Cs2，回路重新谐振。C、得,2020/6/6,38,测量电感,测量时：A、将A、B端短路，调Cs至一较大值Cs1，调节信号频率至f0，回路谐振。B、断开A、B端，接入Lx，保持f0不变，调节Cs至Cs2，回路重新谐振。C、得,2020/6/6,39,QBG3型Q表面板图,Q表的使用,2020/6/6,40,1、半导体器件特性的测量一般采用图示法，测量时使用的仪器为晶体管特性图示仪。图示仪由基极阶梯信号源、集电极扫描电源、X-Y显示的示波器、开关及附属电路组成。它可以对半导体器件的各种特性进行动态测试，自身提供测试用信号源，将被测器件的特性曲线显示在荧光屏上，并可通过曲线测量多种参数。2、集总参数元件的测量主要采用电桥法和谐振法。依据电桥法制成的测量仪总称为电桥，同时具有测量L、R、C功能的电桥称为万用电桥；依据谐振法制成的测量仪器称为Q表。这两类仪器自身提供测量信号源，指示器不仅指示测量数据，甚至主要不是指示数据，而是指示某种特定状态。,本章小结,2020/6/6,41,3