第七章电子元器件测量仪器

第7章电子元器件丈量仪器7.1概述7.2集总参数元件特性7.3万用电桥原理及运用7.4高频Q表原理及运用7.5晶体管特性图示仪本章小结7.1概述电子元器件中，电阻器、电容器和电感器为根本电路元件；晶体二极管、三极管、场效应管、单结管、晶闸管等为半导体器件；运算放大器、数字逻辑电路、半导体存储器、微处置器等为集成电路器件。不同类型的电子元器件，需求运用不同的仪器进展丈量。根本电路元件按其在电路中的任务频率不同，采用不同的丈量方法和仪器。任务在低频电路中的元件，常采用电桥法丈量，通常运用直流电桥、交流电桥和万用电桥；任务在高频电路中的元件，常采用谐振法丈量，通常运用Q表、高频电感电容丈量仪。由于半导体器件需求丈量的参数很多，有直流参数、低频参数和高频参数，应根据需求丈量参数的不同选择不同的测试仪进展丈量。常用的仪器有晶体管特性图示仪、晶体管直流参数测试仪、h参数测试仪、Y参数测试仪和场效应管测试仪等。7.2集总参数元件特性 电阻器、电容器、电感器这些根本电子元件，由于它们的特性可由两端的电压和电流之间的关系来确切表达，这种关系可用参数来描画，因此又称集总参数元件。1.电阻器 具有电阻性质的元件称为电阻器，简称电阻，用R表示。电阻在电路中是耗能元件，电阻值的单位是欧姆(Ω),常用单位还有千欧(KΩ)和兆欧(MΩ)。 电阻器的主要参数有电阻值及其误差，额定功率，温度系数等。实践运用中，需求丈量的主要参数是电阻值。实践电阻器并不是纯电阻，存在引线电感和分布电容，当电阻器任务在低频时，主要为电阻性质，电抗性质可忽略。但任务在高频时就必需思索其影响，高频时电阻器的等效电路如下图。2.电容器 具有电容性质的元件称为电容器，简称电容，用C表示。电容在电路中是一个储能元件，电容量的单位法拉(F),常用单位有微法(μF)和皮法(pF)。 实践电容器由于极间的电介质存在漏电阻〔RCP〕，会使电容器耗费一定的能量，这种能量损耗称为电容器的介质损耗，此时电容器的等效电路如下图。 电容器的主要参数有电容量及其误差、额定电压〔击穿电压〕、温度系数、损耗因数等，实践运用中需求丈量的是电容量和损耗因数。3.电感器 具有电感性质的元件称为电感器，简称电感，用L表示。电感在电路中也是一个储能元件，电感量的单位是享利(H)。常用单位有毫享(mH)和微享(μH)。 实践电感器由于线圈存在直流电阻，使电感器耗费一定的能量，这种能量损耗称为电感器的电阻损耗，此时电感器的等效电路如以下图所示。其中R的下标P表示并联；S表示串联；L表示电感的等效电阻。 实践电感器还存在分布电容，当电感器任务在低频时，分布电容可忽略。但任务在高频时就必需思索其影响，高频时电感器的等效电路如以下图所示。7.3万用电桥原理及运用 任务在低频电路中的元件参数通常采用电桥法进展丈量，电桥法实践上是一种比较丈量法，它是把被丈量与同类性质的规范量进展比较，从而确定被丈量大小的方法。万用电桥就是一种在低频条件下丈量电阻、电容和电感参数的交流阻抗电桥。 1.电桥的分类及平衡条件 直流电桥 平衡条件交流电桥 其任务原理与直流电桥根本一样，所不同的是桥臂由电阻和电抗元件组成，采用交流电源供电，平衡指示表为交流电表，桥臂由电阻和电抗元件组成，因此它可以用来丈量交流电阻、电容和电感元件的参数。

交流电桥的平衡条件有两个：一个是幅度平衡条件，一个是相位平衡条件。为此，交流电桥至少应有两个可调理的规范元件。为了使调理方便，交流电桥有两种根本方式：电阻比率电桥和电阻乘积电桥。电桥法的优缺陷和频率范围高精度〔0.1%典型值〕运用不同电桥可得到宽频率范围价钱低需求手动平衡单台仪器的频率覆盖范围较窄频率范围：DC~300MHz谐振法改动电容C直到电路谐振谐振时XL=XC仅有RX存在VRXDUTLXECVOSC谐振法的优缺陷和频率范围可测很高的Q值需求调谐到谐振阻抗丈量精度低频率范围：10KHz~70MHz电压电流法由丈量的电压值和电流值计算被测阻抗ZX电流经过它所流经的RS上的电压计算V1V2RSZXIOSC电压电流法的优缺陷和频率范围可丈量接地器件适宜于探头类测试需求运用简单任务频率范围受运用探头的变压器的限制频率范围：10KHz~100MHz仪器分类阻抗丈量仪器分为两种一种是利用模拟阻抗丈量的仪器采用电桥法的：万用电桥；惠斯登电桥等各种电桥仪器采用谐振法的：Q表采用电压-电流法的：多用表；可变电阻器；参数测测仪另一种是数字式阻抗丈量仪器采用RF电压电流法的：射频阻抗分析仪采用自动平衡电桥法的：LF阻抗丈量仪采用网络分析法的：网络分析仪7.4高频Q表原理及运用7.4.1高频Q表的组成和任务原理1.高频Q表的组成 高频Q表普通由高频振荡电路、频率指示器、丈量回路、Q值指示电路和电源电路几部分组成，根本组成框图如下图。2.高频Q表的任务原理 高频Q表是利用谐振原理来进展各种丈量。用高频Q表丈量电感和电容时，通常采用替代法，其中又分为并联替代法和串联替代法，适于不同情况下运用。频率指示高频振荡电路丈量回路Q值指示电路7.4.2高频Q表的运用 QBG-3B型高频Q表采用了晶体管和集成电路器件，振荡频率指示采用数字式频率计，除具有普通Q表的丈量功能外，还具有ΔQ丈量和Q值设定功能，便于批量元件的丈量。1.主要技术目的Q值丈量范围：10～1000分4档30；100；300；1000，准确度±10%。电感量丈量范围：0.1μH～100mH分6档。(0.1～1μH；1～10μH；10～100μH；0.1～1mH；1～10mH；10～100mH，准确度±5%)电容量丈量范围：(1～460)pF。主调电容(40～500)pF；微调电容±3pF；准确度150pF以上为±1%；150pF以下为±1.5pF。振荡频率范围:50KHz～50MHz分6档。(50～150)KHz；(150～500)KHz；(0.5～1.5)MHz；(1.5～5)MHz；(5～16)MHz；(16～50)MHz〕。2.面板布置3.运用方法〔1〕测试前预备仪器程度放置：先校准Q值指示表的机械零点，并将读数微调度盘调到零。接通电源：预热30min以上，待仪器稳定后再进展丈量。每次测试前：应先短接接线柱两端，进展零点校准。〔2〕高频线圈Q值的丈量将被测线圈接在接线柱上：选择丈量频段，并调理振荡频率到所需频率值上。估计被测线圈的Q值：将Q值范围开关放在适当的位置上。调主调电容器远离谐振点位置：使Q值指示表指示最小，再调Q值零位校准旋钮，使Q值指示为零。调主调电容器到谐振：再调微调电容器到准确谐振点，即Q值指示表指在最大值，此时读数即为被测线圈的有效Q值Qe。〔3〕高频线圈电感量的丈量将被测线圈接在Lx接线柱上；估计被测线圈的电感量,在面板对照表上选择一个规范频率，将振荡频率调到这一规范频率。估计线圈的Q值：将Q值范围放在适当的位置上。调主调电容器到谐振：这时读数盘上指示的读数再乘以对照表上所指的倍数，即为线圈的有效电感量。(4)、电容器容量的丈量A、在丈量范围内的小于主调电容量的电容器的丈量a.选一个适当的谐振电感接到“Lx〞的两端：b.将微调电容调至零，主调电容器调到最大值附近，令这个电容是C1，如未知电容是小数值的．Cl应调到较小电容值附近，以便到达尽能够高的分辨率：c.调讯号源的频率，使测试回路谐振．令谐振器Q的读数为Q1；

d.将被测电容接在“Cx〞两端，调主调电容器，使测试电路再谐振·令新的调谐电容值为C2和指示Q值为Q2。被测电容的有效电容为Cx=C1一C2电容器损耗角正切tgδ可求B、大于主调电容量的电容器用可替代法丈量a.取一只适当容量的规范电容量，其容量为C3．将它接在“Cx〞接线柱上。b.按5A／a-c各测试步骤．

c.取下规范电容器．将被测电容接到〞Cx〞接线柱,调理主调电容器到谐振．此时主调电容量读数为C2．那么Cx可由下式得到：Cx＝C3+C1－C2(5)、谐振点自动搜索功能的运用假设他对电感元件无法确定它的数值时，他就可用该功能来帮他寻觅出它的谐振频率点。步骤如下：a.把元件接以接线柱上：b.主调电容调到中间位上(大约)：

c.按一下搜索按键．右上角指示灯亮时，仪器就进人搜索形状。仪器从最低任务频率不断搜索到最高任务颧率．假设他的元件谐振点在频率覆盖区间内，搜索终了后，将会自动停在元件的谐振频率点附近。假设暂时要退出搜索形状，可再按一次搜索键，仪器会退出搜索操作。4.丈量本卷须知〔1〕被测元件与仪器丈量接线柱间的接线应尽量短，足够粗，接触良好，以减小丈量误差。〔2〕被测元件不要直接放在仪器顶部，必要时用低耗绝缘资料作衬垫物隔开。〔3〕不要将手接近被测件，以免人体感应呵斥丈量误差。〔4〕有屏蔽罩的被测元件，屏蔽应接在低电位的接线柱上。7.5晶体管特性图示仪 晶体管特性图示仪是一种采用图示法直接在示波管上显示各种晶体管特性曲线的多用途测试仪器，经过仪器的标尺刻度可直接读出晶体管的各项参数。如丈量PNP和NPN三极管的输入特性、输出特性、电流放大特性；各种反向饱和电流、各种击穿电压、各类晶体二极管的正反向特性；场效应管的漏极特性、转移特性、夹断电压和跨导等参数，此外还可丈量单结晶体管和晶闸管的特性参数。与其他晶体管测试仪相比，晶体管特性图示仪具有用途广泛，直接显示和读数简便等优点，尤其是在晶体管的各种极限参数和击穿特性的观测上，由于测试时采用瞬时电压和瞬时电流，能使被测晶体管只接受瞬时过载而不致呵斥损坏，因此对晶体管的测试和晶体管的合理运用都带来极大的方便，但图示仪不能用于丈量晶体管的高频参数。7.5.1晶体管特性图示仪的组成和任务原理1.图示仪的组成 晶体管特性图示仪是由集电极扫描电压发生器、基极阶梯信号发生器、同步脉冲发生器、X放大器和Y放大器、示波管及控制电路、电源电路几部分组成，根本组成原理框图如下图。集电极扫描电压发生器。可产生如图7-23所示的集电极扫描电压，它是正弦半波，幅值可以调理，用于构成程度扫描线。基极阶梯信号发生器。可产生基极阶梯电流信号，阶梯高度可以调理，用于构成多条曲线簇。同步脉冲发生器。用于产生同步脉冲，使上述两信号到达同步。X放大器和Y放大器。用于把从被测器件上取出的电压信号进展放大，然后送至示波管的相应偏转板上，以构成扫描曲线。示波管及控制电路。它与通用示波器的电路根本一样。电源电路。为仪器提供各种任务电源，包括低压电源和示波管所需的高频高压电源。2.图示仪的丈量原理〔1〕二极管正、反向特性曲线的测试原理框图〔2〕三极管的输入、输出特性曲线测试原理框图〔3〕场效应管的漏极和转移特性曲线测试原理框图7.5.2晶体管特性图示仪的运用方法 晶体管特性图示仪的型号很多，但运用方法根本一样。下面以HZ4832型晶体管特性图示仪为例，阐明图示仪的主要技术参数和运用方法。HZ4832型晶体管特性图示仪是一种用示波管显示半导体器件的各种特性曲线，并可丈量其表态参数的测试仪器。1.主要技术目的集成极电流范围〔Ic〕0.5μA/div～1A/div分20档误差不超越±3％〔IR〕50nA/div～1μA/div分5档误差不超越±15％基极电流或基极源电压0.01V/div误差不超越±３％外接输入0.01V/div误差不超越±３％X轴偏转因数〔VC〕10mV/div～50V/div分12档误差不超越3％〔VD〕300V/div误差不超越10％基极电流或基极源电压0.01V/div误差不超越３％外接输入0.01V/div误差不超越３％阶梯信号阶梯电流范围：0.5μA级～100mA级分17档误差不超越5％阶梯电压范围：0.05V/极～1V／极分5档误差不超越5％串联电阻：0、10KΩ、1MΩ分3档误差不超越±10％每簇级数：1～10级延续可调。每秒级数：200极性：正、负、异分三档。集电极扫描信号峰值电压范围及电流容量0～5V档〔10A〕0～50V档〔1A〕0～100V档〔0.5A〕0～500V档〔0.1A〕0～3K档〔5mA〕0～100VAC档〔0.5A〕功耗限制电阻0～500KΩ分11档误差不超越±10％。2.运用阐明3.HZ4832晶体管特性图示仪运用范例测试前的本卷须知 正确、平安地运用本仪器，并使本仪器发扬最大的效能，这与运用者的熟习程度有关，假设运用不当会损坏被测管甚至损坏仪器的内部电路，为此在运用本仪器前必需留意以下事项，以保证正确平安地进展测试。〔1〕对被测管的主要直流参数的熟习与了解，特别要了解该被测管的集电极最大允许耗散功率PCM，集电极对其他极的最大反向击穿电压如BVceo，BVcbo，集电极最大允许电流ICM等主要目的。〔2〕在测试前首先要确定被测管极性〔即PNP或NPN〕。〔3〕集电极电压输出按至其输出电压不应超越被测管允许的集电极电压，普通情况下将峰值电压旋至零，输出电压按至适宜的档极，并将功耗电阻置于一定的阻值，同时将X、Y偏转开关置于适宜的档极，此档极以不超越上述几个主要直流参数为原那么〔实践上X、Y偏转开关并不直接影响被测管，但由于所选择的位置相差过远，会不易觉察某些特性已大大超越允许值而导致被测管损坏〕。〔4〕在进展ICM的测试时普通采用单次阶梯为宜，以防止被测管的电流击穿。〔5〕在进展IC或ICM测试中应根据集电极电压的实践情况，不应超越仪器规定的最大电流。测试前的开机与调理〔1〕开启电源按下电流开关，此时指示灯亮，待预热非常钟后可以进展正常测试。在必要时丈量进线电压以在220V±10%的范围内为宜。〔2〕调理辉度聚焦、辅助聚焦调理方法：面板上开关位置按下表所示设置集电极电源峰值电压范围0～5V集电极电压调节0功耗电阻1KΩX轴VC（电压/度）0.5V/度X工作方式选择开关┴（中）Y轴IC（电流/度）1mA/度Y工作方式选择开关┴（中）X、Y位移X、Y位移旋钮置于中心位置〔3〕Y、X灵敏度分别进展10度校准 调理方法：Y、X移位旋钮置于中心位置，将Y〔或X〕方式开关置“校准〞，“拉校〞电位器拉出，此光阴点应有10度偏转，如超越或不到应进展增益〔R120，R159〕调理。〔5〕阶梯调零调理方法：面板上开关位置按下表设置集电极电源峰值电压范围0～5V集电极电压调节0极性NPN+功耗电阻1KΩX轴VC（电压/度）1V/度X工作方式选择开关+（上）Y轴IC（电流/度）1μA/度Y工作方式选择开关+（上）阶梯信号极性+方式重复输入正常 集电极电压调理从0渐渐加大到100％，用Y轴移位将扫描线与第一条线度线重合，然后将Y轴-IC〔电流/度〕打至阶梯位置，屏幕上出现十一条扫描线，调理调零电位器，使第一条扫描线与第一条刻度线重合NPN型3DG945晶体管的VCE-IC特性曲线测试〔1〕面板上开关位置按表设置。集电极电源峰值电压范围0～5V集电极电压调节0极性NPN+功耗电阻250ΩX轴VC（电压/度）0.5V/度X工作方式选择开关+（上）