6.1 电阻元件的测量与仪器

任务5-4频率和时间测量实务复习提问：

任务6-1电阻元件的测量与仪器

任务6-2电抗元件的测量与仪器任务6-3半导体元件的测量与仪器项目6电子元件的测量与仪器任务6-1电阻元件的测量与仪器新课引入：思考与讨论生活应用思考我们身边的电子设备（如手机、电脑）中都有电阻，它们的作用是什么？如何知道一个电阻的阻值是多少？测量方法的多样性除了看电阻上的色环，还有哪些方法可以测量电阻？这些方法的精度和适用场景有何不同？测量误差的来源在使用万用表测量电阻时，为什么每次读数可能会有微小差异？哪些因素会影响测量的准确性？任务6-1

电阻元件的测量与仪器学习重点知识概要：电阻等效模型理解实际电阻的寄生参数（分布电感）及其对测量的影响，建立对元件的完整认知。万用表测量法掌握模拟和数字万用表测量电阻的原理、操作步骤及注意事项，熟练运用基础测量工具。伏安法测量理解电流表内接法和外接法的原理，掌握其适用条件和误差分析，优化测量精度。惠斯通电桥测量掌握惠斯通电桥的平衡条件和使用方法，理解其高准确度的优势，进行精密电阻测量。任务6-1电阻元件的测量与仪器6-1-1电阻的等效即电阻器，多用于限流、分压、分流等。在工作频率不很高的情况下，可将电阻等效为纯电阻R与分布电感LR的串联，如图。分布电感（即寄生电感）LR是由于绕制电阻的金属丝或碳膜电阻制造过程中的刻槽，以及电阻两端的引线等产生的。用品质因数衡量电阻性能，其品质因数QR越小，分布电感的影响越小，性能越好。QR计算如下：任务6-1电阻元件的测量与仪器6-1-2测量方法主要包括伏安法、电桥法和不平衡电桥法等。万用表是测量电阻最常用的仪表之一，其测量实质是伏安法。1.万用表法万用表主要分为模拟式万用表（模拟万用表）和数字式万用表（数字万用表）。测量电阻时，前者的红、黑表笔分别与其内部电源负极、正极连接；后者的红、黑表笔与其内部电压的正极、负极连接。与万用表内部电源正极、负极连接的表笔称为正表笔、负表笔。任务6-1-2测量方法1.万用表法1）模拟万用表RP为电气调零、R0限流（RP+R0+电流表内阻=RI)、Rs1分流、Rs2分压限流、R1~R3挡位（分流，设Rk）。测量电阻前，将万用表正负表笔短接，调整调零电阻使电流表指针偏转角度最大（此时，电流表电流最大，Rx=0Ω）。接入Rx→电流表的电流变小→指针偏转角度亦变小。根据电流表电流与Rx和挡位电阻等的关系可计算（或指示）出Rx。改变挡位电阻即可改变电阻量程。多量程分流式（R/I）欧姆表电路原理总结：基于闭合电路欧姆定律，将被测电阻的阻值变化转化为回路电流的变化，通过表头电流偏转量间接反映电阻值（电流与被测电阻成反比）I2MΩ、200kΩ、20kΩ、2kΩ、200是电阻量程挡位标识任务6-1-2测量方法1.万用表法2）数字万用表多采用比例法测量电阻，是基于欧姆定律和双积分A/D转换，通过将被测电阻的阻值转化为电压信号，再经A/D转换为数字显示。①基准与参考电压芯片内部产生的基准电压

VREF+

经过外部精密电阻网络（R0系列：1MΩ、100kΩ等）分压，为不同电阻量程提供精准的参考电流。该设计保证在不同档位下，都能提供与量程匹配的稳定电流。任务6-1-2测量方法1.万用表法2）数字万用表②恒流源与被测电阻

VREF+向Rx输出一个恒定电流

I。根据欧姆定律，Rx电压降

Ux=I×Rx。Ux送入A/D输入端（IN+与IN−）。IUxI任务6-1-2测量方法1.万用表法2）数字万用表③量程切换波段开关通过切换不同精密电阻（1MΩ、100kΩ等），实现量程适配。例如：测200Ω以下电阻时，开关接200Ω档位，对应基准电流最大，以获得足够的电压分辨率。测高阻（如2MΩ）时，开关接2MΩ档位，基准电流相应减小，避免超出芯片输入范围。I任务6-1-2测量方法1.万用表法2）数字万用表④双积分A/D转换（7106芯片）采样阶段：对Ux进行固定时间的积分，积分电容的UC∝Ux。比较阶段：将积UC与基准电压VREF

反向积分，直到UC归零。反向积分的时间与Ux成正比，该时间被转化为数字脉冲，最终驱动LCD显示出电阻值。I任务6-1-2测量方法1.万用表法2）数字万用表⑤数字显示A/D==>数字信号驱动LCD，显示

Rx的测量值。由于VREF和电阻网络的精度很高，可得到较高的测量准确度。特点：自动极性：无需考虑电阻的正负极性，测量结果直接显示阻值。量程保护：不同档位通过精密电阻网络匹配电流，防止过载损坏。高稳定性：双积分A/D转换抗干扰能力强，适合在复杂电磁环境下工作。任务6-1-2测量方法2.伏安法首先利用电压表、电流表测量电压UR、电流IR，然后利用（R=UR/IR）计算得到RX。有电流表外接法和电流表内接法。1）电流表外接法RV≠∞Ω=>电流表测得的电流为流经RV//Rx的电流=》测量值R=RV//Rx。显然，Rx越小、RV的分流↓=>准确度↑==》电流表外接法适合测量小电阻任务6-1-2测量方法2.伏安法2）电流表内接法RA≠0Ω→电压表测得电压为RA与Rx串联电压==>测量值R=RA+Rx。显然，Rx↑→Rx分压↓==>准确度越高==》电流表内接法适合测量大电阻任务6-1-2测量方法3.电桥法利用直流电桥平衡条件测量电阻，常用的是惠斯通电桥和凯尔文电桥。惠斯通电桥测量（1Ω~1MΩ）中值电阻，凯尔文电桥测量小于1Ω低值电阻。惠斯通电桥只有一个比率臂（或被测电阻只接在一个桥臂中），故称单臂电桥。R1、R2、Rs、Rx构成桥体，P为检流计，E为直流电源。R1、R2为固定电阻，比例系数k=R1/R2，可利用量程开关调节比率，称为比率臂或倍率臂）；Rs为标准可调电阻，称为比较臂（或标准臂）；Rx为被测电阻。电桥平衡时，任务6-1-2测量方法4.不平衡电桥法平衡电桥的操作繁琐、测量时间长。不平衡电桥通过直接测量电桥不平衡状态下流经指示器的电流或两端电压大小来测量阻抗元件。操作简便、测量时间短、易实现数字化测量。不平衡电桥可以快速方便地测量电阻；输出电压Uo与电源电压E无关=>E的波动对测量不产生影响；Uo∝Rx=>示值线性化，测量准确度较高。任务6-1电阻元件的测量与仪器6-1-3测量实务1.万用表1）面板结构（AN9205A+型数字万用表）任务6-1-3测量实务1.万用表1）面板结构（AN9205A+型数字万用表）①拨动挡位开关至交流750V挡，表笔的操作与此方法一致，当红表笔与火线接触时，有非零数字显示；红表笔与零线接触时，显示数字全为“0”。任务6-1-3测量实务1.万用表1）面板结构（AN9205A+型数字万用表）任务6-1-3测量实务1.万用表1）面板结构（AN9205A+型数字万用表）任务6-1-3测量实务1.万用表1）面板结构（AN9205A+型数字万用表）任务6-1-3测量实务1.万用表2）测量方法与注意事项①用前要检查，还需把零调②位置应摆正，读数要对正③测量先看挡，不看不测量④测量不拨挡，测完要断电⑤量程要合适，针偏过大半⑥测阻不带电，测C先放电⑦测R先调零，换挡需调零⑧表笔应插对，正负要记清⑨测流应串联，测压需并联⑩极性不接反，单手成习惯⑪操作要规范，胆大还心细⑫避免高温湿，工作做的好任务6-1-3测量实务2.惠斯通电桥1）面板结构QJ23型惠斯通电桥面板结构如图，其内部电路原理图如图，使用方法如下：任务6-1-3测量实务2.惠斯通电桥1）面板结构②待测臂“Rx”：有两个接线柱，连接被测电阻Rx。任务6-1-3测量实务2.惠斯通电桥1）面板结构③检流计按钮“G”、电源按钮“B”：连接检流计P、接通电桥内部电源，按下按钮并旋转90°可自锁。为了保护检流计，调节平衡时，先按下“B”并保持按下状态，后轻轻按下“G”；断开或测量完毕时，先松开“G”再松开按钮“B”。任务6-1-3测量实务2.惠斯通电桥1）面板结构④检流计：即平衡指示器，可用内附检流计也可用外接检流计。当有电流流过检流计时，指针会发生偏转，流过电流的方向不同，指针偏转的方向也不同。指针向“﹢”偏时，调大标准臂阻值；指针向“﹣”偏时，调小标准臂阻值。电桥平衡时，任务6-1-3测量实务2.惠斯通电桥1）面板结构⑤检流计连接片：标有“内”、“G”、“外”的端钮为检流计选择端钮。测量时，通常用连接片将“G”和“外”连接（短路）起来并旋紧，此时选择内附检流计做平衡指示器；如果选择外接检流计或测量结束，应将“G”和“内”短路并旋紧，测量时需在“G”和“外”之间外接检流计。任务6-1-3测量实务2.惠斯通电桥1）面板结构⑥检流计调零旋钮：用于测量前的检流计指针调零。调零前，需先打开检流计锁扣，即用连接片将“G”和“外”接线柱短路。⑦外接电源接线柱：需外部供电时，将外部4.5V电源的正负极分别与“﹢”、“﹣”接线柱连接。任务6-1-3测量实务2.惠斯通电桥1）面板结构⑧比率臂k：即比例臂、倍率臂，旋转该旋钮可改变比率值k，共有“0.001、0.01、0.1、1、10、100、1000”七个挡位。任务6-1-3测量实务2.惠斯通电桥2）测量方法与步骤①锁扣打开先调零②阻值未知先估测③被测电阻接两柱④比较全用定比率⑤B先后G需点按，正偏调大负偏小⑥读取比率和比较，被测阻值等两积⑦测完断G再断B，安全无损需牢记⑧拆线锁上检流扣，以防搬动损检流3）注意事项①测量电容要牢记，先放电后再测量②不知阻值先估测，量程选择要合适③紧固连接减误差，准确提高最值得④测线选择亦重要，选短选粗接触好⑤量值需减测线阻，得到测值莫忽视⑥操作规范还严谨，胆大心细防事故任务6-1-3测量实务3.综合实训（1）实训目的熟悉模拟万用表、数字万用表、惠斯通电桥面板结构，识别面板上各种标记符号。掌握万用表、惠斯通电桥测量电阻的原理与方法，掌握万用表测量电压、电流方法。（2）实训器材设备模拟万用表、数字万用表、台式万用表、直流电桥、直流稳压电源各1块（台），各类电阻、电位器、测试线若干。任务6-1-3测量实务3.综合实训（3）实训内容①直流电压、直流电流的测量。分别用模拟万用表、数字万用表、台式万用表测量表所示稳压电源的电压输出值，并将测量结果填入表中。任务6-1-3测量实务3.综合实训（3）实训内容②电阻、电位器的测量。读出不同标识电阻、电位器（整体）标称阻值，用万用表和直流电桥测量电阻、电位器（整体）阻值，并将测量结果填入表中。任务6-1-3测量实务3.综合实训④测量完毕，关闭仪器设备电源，整理实训台面。（4）思考题①直流稳压电源设置输出电压前可否将电流设置为零，然后设置并输出电压？设置输出电流前可否将电压设置为零，然后设置并输出电流？②如果要求稳压电源，提供超过它的一路最大输出而小于两路最大输出之和的电压或电流时，如何提供所需的电压或电流？（5）实训报告要求①按照表格要求正确填写全部原始测量数据。②写出直流电源输出电压、输出电流的主要操作步骤。③写出电桥测量电阻或电位器阻值的主要操作步骤与注意事项。④及时记录实训过程中出现的现象，并对现象进行分析。⑤回答思考题。任务6-1

电阻元件的测量与仪器课堂小结：任务6-1

电阻元件的测量与仪器课堂小结：任务6-1电阻元件的

测量与仪器课后思考题：伏安法测量电阻的电流表内接法与外接法，分别适用于测量大电阻还是小电阻？核心误差来源有何不同？模拟式与数字式万用表测量电阻时，表笔极性有何差异？模拟式万用表换挡后为何必须重新电气调零？测量电阻时“测阻不带电”的核心目的是什么？惠斯通电桥的平衡条件是什么？比率臂（k=R1/R2）和比较臂（Rs）的核心作用分别是什么？测量小于1Ω的低值电阻时，为何优先选用开尔文电桥而非惠斯通电桥？不平衡电桥法相比平衡电桥法，在操作和测量效率上有何优势？其输出电压