6.2 电抗元件的测量与仪器

任务6-1

电阻元件的测量与仪器复习提问：任务6-1

电阻元件的测量与仪器复习提问：

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6-2电抗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哪些电子设备中含有电容和电感？它们分别起到什么作用？测量思考如何测量一个电容的容量或一个电感的电感量？直接用万用表的电阻档可以吗？为什么？仪器思考除了万用表，你还知道哪些可以测量电抗元件的专业仪器？任务6-2电抗元件的测量与仪器学习重点知识概要：电抗元件等效掌握电容、电感的串联/并联等效模型，深入理解损耗因数D和品质因数Q的定义及其物理意义。测量方法重点理解并掌握伏安法和交流电桥法的测量原理，对比分析两种方法的适用场景与测量特点。仪器使用熟练掌握万用表、交流电桥及Q表的操作规范，能够独立完成电抗元件参数的实际测量任务。任务6-2电抗元件的测量与仪器6-2-1电抗元件的等效包括电容、电感。1.电容多用于滤波、耦合、调谐、稳压等1）等效在工作频率不很高的情况下，可等效为串联损耗电阻RCs与纯电容C的串联或等效为并联损耗电阻RCp与纯电容C的并联通常用损耗因数D（或损耗角正切tanδ）表示电容的损耗大小——容抗绝对值；δ——损耗角；Ds、Dp——串联、并联等效时损耗因数，同一电容的Ds=Dp任务6-2-1电抗元件的等效1.电容2）阻抗、导纳计算电导、电纳（容纳、感纳合称电纳）、导纳（电导、电纳合称导纳）单位为西门子（S）任务6-2-1电抗元件的等效2.电感用于调谐、电磁屏蔽、滤波扼流、隔离等1）等效工作频率不很高情况下，可等效为损耗电阻RLS与纯电感L的串联或者等效为损耗电阻RLP与纯电感L的并联通常用品质因数Q表示电感的损耗大小任务6-2-1电抗元件的等效2.电感2）阻抗、导纳的计算GLp、BL——并联等效损耗电导、电感感纳电容、电感的测量方法包括伏安法、交流电桥法、不平衡电桥法和谐振法，还可用数字万用表电容挡测量电容。数字万用笔测量电容的实质是伏安法。任务6-2电抗元件的测量与仪器6-2-2电抗元件的测量方法1.伏安法正弦交流电源（角频率为ω）在工作频率不很高时，均可将电容、电感等效为损耗电阻R与被测元件的串联，则被测电容或电感的阻抗：在忽略损耗电阻、仪表内阻影响的情况下，存在关系：==》考虑仪表内阻影响时，左图适合测量大电容、小电感，右图适合测量小电容、大电感。==》若保持U、I、ω中两参数不变，只改变剩余一参数，可实现电感或电容的直接测量。测电容的称为法拉计。任务6-2-2测量方法2.交流电桥法1）工作原理由桥体、电源S及平衡指示器P等组成。桥体由

四个桥臂组成，桥臂由电阻和电抗元件组成。电源为纯正弦波交流电源。IP=0时，电桥平衡，平衡条件为为使电桥性能更稳定可靠，常用纯电阻代替其中两个桥臂，除被测元件所在桥臂外的第四个桥臂一般是呈容抗特性的元件任务6-2-2测量方法2.交流电桥法2）特点交流电桥的电源必须为纯正弦波交流电源；否则，由于电源中频率成分的复杂，会使电桥产生假平衡。为了提高测量精确度，IP要经选频放大器放大、检波器检波后送入检流计。为了减小杂散干扰的影响，电桥各部分之间要良好屏蔽。即使采取以上措施，交流电桥也仅适合在音频或低射频段使用；否则，由于高频段所用的高频电源本身也是干扰源，而且高频段要求的屏蔽效果难以达到，所以交流电桥一般不适合在高频段测量。任务6-2-2测量方法2.交流电桥法【例6-2-1】求如图所示桥体中Rx、Lx、Qx各是多少？解：该交流电桥平衡条件为任务6-2-2测量方法2.交流电桥法【例6-2-2】求如图所示桥体中Rx、Cx、Dx各是多少？解：该交流电桥平衡条件为任务6-2-2测量方法3.不平衡电桥法测电容时的电路如图所示，测电感时，将C和Cx分别替换为标准电感L、被测电感Lx时，则可测量电感。推导得知，测量电容、电感时存在关系==》不平衡电桥法可以快速方便地测量电容、电感，但不能测量品质因数、损耗因数任务6-2-2测量方法4.Q表法即谐振法，是以LC谐振回路谐振特性为基础进行测量的方法。线路简单，频率范围宽，且比较符合电容、电感的实际工作情况。1）工作原理谐振法测量仪器是Q表，故又称为Q表法。Q表可在高频状态下测量电容值、电感值、损耗因数和品质因数，故Q表又被称为品质因数测量仪。任务6-2-2测量方法4.Q表法1）工作原理由高频信号源、耦合回路、Q值电压表（谐振指示器），以及由被测元件Lx、标准电抗件Cs组成的测量回路等组成。Q值电压表既用于指示Q值又用于谐振指示；电压表用于指示信号源作用于测量回路电压大小的定位器；R为测量回路的损耗等效电阻，近似等于被测元件的串联损耗电阻RCs或RLs。任务6-2-2测量方法4.Q表法1）工作原理为了避免因为信号源内阻较大使测量回路幅频特性曲线变得平坦，而难以正确判断谐振点，信号源与测量回路之间必须是松耦合（即松耦合回路）。例如，图中耦合电阻R2很小（如0.04Ω），此时因为R2很小，所以信号源等效到测量回路中的电阻低于R2，因此对测量回路幅频特性曲线影响很小。任务6-2-2测量方法4.Q表法1）工作原理当调谐标准电容Cs使测量回路固有谐振f0与信号源fs相等时，回路处于谐振状态。谐振时，回路电流最大、Cs或Lx两端的电压最大、Q值电压表指示最大。存在关系任务6-2-2测量方法4.Q表法1）工作原理当测量电容（或电感）时，选择电感（或电容）做标准电抗件，被测元件的损耗因数、品质因数分别是==》Us一定时，Q值电压表可以刻度成为Q值指示器，设指示值为Qd；Qd的倒数为损耗因数；改变Io值可以扩大品质因数的测量范围，电流表称为Q值倍乘指示器。任务6-2-2测量方法4.Q表法2）测量方法有直接测量法、串联替代法和并联替代法。（1）直接测量法==》谐振法除了可以测量信号源频率外，还可以直接测量电容值、电感值。任务6-2-2测量方法4.Q表法2）测量方法（2）串联替代法①将1、2端短接，调大Cs至C1，改变信号源频率使回路谐振，设谐振频率为f0，则

②去掉1、2端短路线接入Lx，保持信号源频率f0不变，调小Cs至C2使回路重新谐振，则③将上式代入下式，得到==》将Lx换成被测电容Cx，可测量电容值，此时式中，C1、C2分别为1、2端短接和1、2端接入被测电容Cx时的标准电容值。任务6-2-2测量方法4.Q表法2）测量方法（3）并联替代法用一标准电感始终接于1、2端，测量电容的方法如下：①不接入被测电容Cx，调大Cs为C1，改变信号源频率使测量回路谐振，设谐振频率为f0。②3、4端接入Cx，保持f0不变，调小Cs至C2使测量回路重新谐振。③因回路中电感值以及两次谐振频率未变，故C1=C2+Cx==》Cx=C1－C2==》将1、2端短接，将Cx换成Lx，可测量Lx，此时任务6-2电抗元件的测量与仪器课堂小结：任务6-2电抗元件的测量与仪器课堂小结：任务6-2电抗元件的测量与仪器6-2-3测量实务1.万用表法1）模拟万用表①0.01pF以上固定电容的检测：调至R×10k电阻挡→欧姆调零→红、黑表笔分别接触电容的两个引脚，观察万用表指针的变化：若表笔接通瞬间，指针向右微小摆动，后又回到无穷大处；调换表笔后测量，指针也向右摆动后返回无穷大处，则可判断该电容正常；若表笔接通瞬间，指针摆动至“0”附近，则可判断该电容被击穿或严重漏电；若表笔接通瞬间，指针摆动后不再回至无穷大处，则可判断该电容漏电；若两次指针均不摆动，则可以判断该电容已开路。任务6-2-3测量实务1.万用表法1）模拟万用表②0.01pF以下固定电容的检测：检测10pF以下的小电容时，因电容容量太小，故只能检查其是否有漏电、内部短路或击穿现象。测量时，选用R×10k电阻挡，将两表笔任意接电容的两个引脚，阻值应为无穷大。若阻值为零可以判定该电容漏电损坏或内部击穿。任务6-3测量实务1.万用表法1）模拟万用表③电解电容的检测：测量时，按照电容值越大、电阻挡越小的规律==>选择合适的电阻挡==>将红、黑表笔分别与电容负极、正极接触。刚接触时，指针应向右偏转较大角度，后逐渐向左回摆直到停在某一位置（此时的阻值是电解电容的正向绝缘电阻，一般在几百kΩ以上）；调换表笔测量，指针重复上述现象，最后指针指示的阻值（此时的阻值是反向绝缘电阻）应略小于正向绝缘电阻。注意：测量前，应将电容短接充分放电。一般情况下，1~47pF间的电容选择R×1k挡测量；大于47pF的电容选择R×100挡测量。任务6-2-3测量实务1.万用表法1）模拟万用表③电解电容的检测：测量时，按照电容值越大、电阻挡越小的规律==>选择合适的电阻挡==>将红、黑表笔分别与电容负极、正极接触。刚接触时，万用表指针应向右偏转较大角度，后逐渐向左回摆直到停在某一位置（此时的阻值是电解电容的正向绝缘电阻，一般在几百kΩ以上）；调换表笔测量，指针重复上述现象，最后指针指示的阻值（此时的阻值是反向绝缘电阻）应略小于正向绝缘电阻。若测量时指针不动，说明电容容量消失或内部断路；若正、反向绝缘电阻很小或为零，说明电容漏电流大或内部短路，不能再使用。对于正、负极标志不明的电解电容，可先用测量绝缘电阻；调换表笔后测量，数值大的为正向绝缘电阻，这时黑表笔接的是电容的正极。任务6-2-3测量实务1.万用表法2）数字万用表（DMM）模拟万用表只能检测电容的好坏、估测电容的大小，不能准确测量电容值大小，可用数字万用表电容挡测量电容。DMM测量电容时需要注意：测量前应短接放电；若电容有极性，应将正、负极分别与万用表正、负表笔相连；测量时，需等电容充电或放电到稳定状态（指示稳定）后，才能读取电容值。若显示的数值等于、接近或在标称电容量误差范围内，则说明该电容正常；否则，说明电容已损坏。任务6-2-3测量实务1.万用表法2）数字万用表经验证明，某些DMM在测量50pF以下小容量电容时误差较大，测量20pF以下的电容几乎没有参考价值。此时可找一只大容量的电容，首先测出其实际容量（设C1）；然后把被测小电容与之并联并测出其总容量（设C2），则被测小电容的容量即为（C2－C1）。若待测电容值超出万用表测量范围，可用万用表首先测出被测电容与一小电容的串联值（设C1），再测量小电容的容量（设C2），则被测电容的容量任务6-2-3测量实务2.数字电桥法TH2811D型LCR数字电桥可测量L、C、R等多种参数。1）前面板结构任务6-2-3测量实务2.数字电桥法1）前面板结构任务6-2-3测量实务2.数字电桥法1）前面板结构任务6-2-3测量实务2.数字电桥法2）显示区域定义任务6-2-3测量实务2.数字电桥法2）显示区域定义任务6-2-3测量实务2.数字电桥法2）显示区域定义任务6-2-3测量实务2.数字电桥法2）显示区域定义任务6-2-3测量实务2.数字电桥法3）测试方法与基本步骤①夹具对正连四端，OPENSHORT把零清：将四线构成的测试夹按照长对长、红对高（即红色两测试线与HPOT、HCUR端相连；黑色两测试线与LPOT、LCUR端相连）或对对对（没有标志的两对各四条线按对与HPOT、HCUR端和LPOT、LCUR端相连）的方式与四测试端分别连接；最好将两对测试线绕在一起后与四个端子连接，用一根导线将地与电桥的接地端连接。适当预热后，按下“OPEN”与“ENTER”开路清零（即开路校准），开路清零时，两测试夹间距尽量与被测元件两端点距离相等并固定，当“PASS”闪烁消失进入自动测试状态后，说明开路清零成功。接着将测试夹短接，并按下“SHORT”、“ENTER”进行短路清零（即短路校准），当“PASS”闪烁消失进入自动测试状态后，说明短路清零成功。任务6-2-3测量实务2.数字电桥法3）测试方法与基本步骤②分析对象选参数，贴近实际最合适：估测被测元件电容值、电感值，并结合它们在电路中的工作频率、工作电压选择比较贴近元件实际工作情况的测试参数，实际工作情况不了解的情况下，可参照下表选择测试参数。一般按照元件供应厂家的出厂测试标准设置电桥的测试参数任务6-2-3测量实务2.数字电桥法3）测试方法与基本步骤③接入元件来测量，显示稳定再读数：接入被测元件，等显示稳定后，读取并记录屏幕上的数据即为被测元件有关参数。电容损耗因数的正常范围是在0.1%到10%之间，一般电容的损耗因数通常小于5%，电解电容损耗因数一般小于20%；高频线圈的品质因数一般是（50~300）。④测试完毕断电源，清理存放好地方：测量完毕，关闭电桥电源，清理仪器并存放于干燥、通风之处。任务6-2-3测量实务3.Q表法1）面板结构（WY2852D型Q表）任务6-2-3测量实务3.Q表法1）面板结构（WY2852D型Q表）任务6-2-3测量实务3.Q表法1）面板结构（WY2852D型Q表）任务6-2-3测量实务3.Q表法1）面板结构（WY2852D型Q表）任务6-2-3测量实务3.Q表法1）面板结构（WY2852D型Q表）任务6-2-3测量实务3.Q表法2）WY2852D型Q表显示区域的定义任务6-2-3测量实务3.Q表法3）测量方法与步骤包括直读法、变容法和替代法等。（1）直读法测量高频线圈的Q值①将被测线圈接在“Lx”接线柱上。②利用频率设置键设置信号源的频率至所需的测量频率点上。③按动手动量程键选择合适的Q值量程挡位。其中，⊙为一般Q值（30~300）挡，LOW-Q为低Q值（5~100）挡，HIGH-Q为高Q值（300~900）挡。④调节主调电容旋钮到远离谐振点，使指针调谐在“0%”左右。任务6-2-3测量实务3.Q表法3）测量方法与步骤（1）直读法测量高频线圈的Q值⑤先调节主调电容旋钮使Q表达到谐振，再调节微调电容旋钮至精确谐振点，使谐振指针达到最大（调谐指针TUNE＞35%时有效），这时显示的Q值即为被测电感品质因数有效值（设Qe）。若需得到被测电感品质因数实际值（设QT），则先测出线圈分布电容C0，然后计算式中、C1为谐振时主调电容度盘读数（微调电容读数已合计在内）。若谐振时C1读数很大，C0只占很小的比例，则可忽略Qe与QT的差别。任务6-2-3测量实务3.Q表法3）测量方法与步骤（1）直读法测量高频线圈的Q值⑥按动Q值预置键后，调节主调电容旋钮达到谐振的过程中，显示屏“MAXQ值”能自动显示谐振点的Q值，可提高测量速度与测量精度。若测量小于1μH电感Q值，应考虑回路剩余电感（即分布电感或残感）影响，修正如下式中，Lo为仪器剩余电感，约为20nH；Lx为被测电感值。任务6-2-3测量实务3.Q表法3）测量方法与步骤（1）直读法测量高频线圈的Q值⑥按动Q值预置键后，在调节主调电容旋钮达到谐振的过程中，显示屏“MAXQ值”能自动显示谐振点的Q值，可提高测量速度与测量精度。若测量小于1μH电感的Q值，则应考虑回路剩余电感（即分布电感或残感）的影响，修正如下式中，Lo为仪器剩余电感，约为20nH；Lx为被测电感值。任务6-2-3测量实务3.Q表法3）测量方法与步骤（2）替代法测量高频线圈电感值①将被测线圈接在“Lx”接线柱上。②根据线圈电感值的估测值，对照右表选择所需测量频率，然后利用频率设置键或频率调节旋钮调节频率至该频率上。③将手动量程键置于适当挡位上。④使微调电容刻度指针置于“0”上，调节主调电容旋钮至谐振，设这时刻度盘所指示为C1。与C1相对应的刻度盘上指示的电感值与对应倍率的乘积，即为线圈在实际电路中的有效电感值Le。注意，因Q表谐振时被测电感分布电容的影响，Le值应比其他方法测得的结果偏大。任务6-2-3测量实务3.Q表法3）测量方法与步骤（2）替代法测量高频线圈电感值⑤如果要得到实际电感值LT，须先测得电感的分布电容C0。若C0较小，可将主调电容调节在（C1+C0）上，这时刻度盘的电感读数与对应倍率之积，即为被测电感实际值，或者⑥当被测电感小于1μH时，还应在上述方法测得电感值的基础上，减去仪器测量回路本身的分布电感L0（≈20nH）。任务6-2-3测量实务3.Q表法3）测量方法与步骤（3）倍频法测量高频线圈分布电容将被测线圈接在“Lx”接线柱上，调节主调电容旋钮使电容度盘达到最大值，调节信号源频率至谐振，设谐振时的频率和调谐电容分别为f1、C1，然后将信号源频率调节到f2（=nf1），再调节主调电容旋钮使主调电容度盘至谐振，设此时电容读数为C2，则分布电容C0的计算如下注意，上述测量期间，微调电容度盘应始终指在“0”上。任务6-2-3测量实务3.Q表法4）使用注意事项①将仪器水平放置在工作台上，并机械调零使Q表指示为零。②接通电源，预热30分钟以上，待仪器工作稳定后方可进行测量。③调节主调电容容量时，当刻度盘指针已达到最大或最小时，不可再继续用力调节。④被测元件和测量电路接线柱间的接线应尽量短、尽量粗，并应接触良好、可靠，以减小接线电阻和分布参数产生的误差。⑤被测元件不宜直接放置在仪器顶部距离顶部1cm以上，必要时在底下衬垫用低损耗的绝缘材料做成的衬垫物。⑥身体部位不宜靠近被测元件，以免人体感应对测量产生影响。对于有屏蔽罩的被测元件，应将屏蔽罩与低电位接线柱进行连接。任务6-2-3测量实务4.综合实训（1）实训目的熟悉万用表、交流电桥、Q表面板结构，识别面板上各种标记符号。掌握万用表、交流电桥、Q表测量电容、电感或品质因数（或损耗因数）的原理与方法。（2）实训器材设备模拟万用表、数字万用表、台式万用表、交流电桥、Q表各1块（台），各类电阻、电容、电感、测试线若干。任务6-2-3测量实务4.综合实训（3）实训内容①电阻的测量：用交流电桥测量表中电阻的电阻值与品质因数，并将测量结果填入表中。任务6-2-3测量实务4.综合实训（3）实训内容②电容的测量。读出不同标识电容标称值（要求其中两个的标称值应在33μF、100μF或以上），按照下表判断不同标识电容的好坏，以及电容值和损耗因数，并将测量结果填入表中。任务6-2-3测量实务4.综合实训（3）实训内容③电感的测量：读出不同标识电感标称值，按照下表测量不同标识电感的电感值和品质因数，并将测量结果填入表中。任务6-2-3测量实务4.综合实训（3）实训内容④测量完毕，关闭仪器设备电源，整理实训台面。（4）思考题①模拟万用表判断电容好坏时，所选电阻挡与电容值有什么关系？为什么好的电容，开始时要偏转一定角度，然后回摆但回摆角度与正偏的角度不同？②电容损耗因数、电感品质因数大着点好还是小着点好？③Q表替代法测量电感值时，为什么选择电容而不是电感进行替代？④交流电桥中，为什么尽量选择电容而不是电感构成桥臂？任务6-2-3测量实务4.综合实训（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写出交流电桥、Q表测量电容、电感时的主要操作步骤。③及时记录实训过程中出现的现象，并对现象进行分析。④回答思考题。任务6-2电抗元件的测量与仪器课堂小结：任务6-2电抗元件的

测量与仪器课后思考题：电容