电子测量第3章1部分

1、第第3章章 电路元件参数测量方法和仪器电路元件参数测量方法和仪器内容提要：内容提要： 对常用电路元件电阻、电容、电感、半导体二极管、半导体三极管和集成门电路的作用和主要参数进行介绍；描述电路元件参数的测量方法；对常用晶体管图示仪的工作原理和应用进行简要介绍。要求：要求： 掌握电阻、电容、电感、半导体二掌握电阻、电容、电感、半导体二极管、半导体三极管的主要参数和常极管、半导体三极管的主要参数和常规测试方法；了解集成门电路的主要规测试方法；了解集成门电路的主要参数和常规测试方法；了解晶体管图参数和常规测试方法；了解晶体管图示仪的工作原理和使用方法。示仪的工作原理和使用方法。本章使用的主要仪器本章使

2、用的主要仪器 模拟万用表模拟万用表 数字万用表数字万用表直流电桥直流电桥交流电桥交流电桥手持式数字手持式数字LCR测试仪测试仪 电阻、电感及电容参数测试仪电阻、电感及电容参数测试仪台式双显示数字LCR测试仪 晶体管图示仪晶体管图示仪数字集成电路参数测试仪数字集成电路参数测试仪3.1 3.1 概述概述 电路元件如电阻器、电容器、电感器、晶体二极管、晶体三极管和集成电路等是组成电子电路最基本的元件，它们的质量和性能的好坏直接影响电路的性能。 电路元件的测量必须保证测试条件测试条件与规定的标准工作条件相符合与规定的标准工作条件相符合。3.23.2 电路元件参数的测量电路元件参数的测量 3 32 21

3、 1电阻和电位器的测量电阻和电位器的测量 电阻和电位器在电路中多用来进行限流、分压、分流以及阻抗匹配等，是电路中应用最多的元件之一。 一、电阻和电位器的参数一、电阻和电位器的参数 电阻的参数包括标称阻值、额定功率、精度、最高工作温度、最高工作电压、噪声系数及高频特性等，主要参数为标称阻值和额定功率。 标称阻值是指电阻上标注的电阻值；额定功率是指电阻在一定条件下长期连续工作所允许承受的最大功率。 1 1 电阻规格的直标法电阻规格的直标法 直标法是将电阻的类别和主要技术参数的数值直接标注在电阻的表面上，如图3.1(a)所示为碳膜电阻，阻值为10k，精度为1%。图3.1(c)所示为电阻额定功率的直接

4、标识方法。2电阻规格的色环法电阻规格的色环法 色环法色环法是是将电阻的类别和主要技术参数的数值用颜色（色环）标注在电阻的表面上，如图3.1(b)所示。其中，第一、第二色环表示电阻被乘数量值；第三环为倍乘的量值；它们分别用X、Y、Z表示，则电阻值为 :)(1010ZYXR表3.1各种颜色表示的数值颜色颜色 黑黑 棕棕 红红 橙橙 黄黄 绿绿 蓝蓝 紫紫 灰灰 白白金金银银无无色色表示表示数值数值 0 01 12 23 34 45 56 67 78 89 91010-1-1 1010-2 -2 表示表示误差误差（% %） 1 1 2 23 34 45 51 10 02 20 0 例如：电阻色环：棕

5、绿红金第一位：1；第二位：5；10的幂为2（即100）；误差为5%即阻值为：15X100=1500欧=1.5千欧=1.5K 有电阻：黄紫红橙棕前三位数字是：472第四位表示10的3次方，即1000阻值为：472X1000欧=472千欧（即472K） 一般将电位器的阻值和功耗直接标注在器件的表面上，如图3.1(d)所示两种电位器，左边为卧式线性可变电阻器，阻值为0.5k；右边为旋转式对数可变电阻器，阻值为100k。 3 3电位器的标识法电位器的标识法图3.1电阻和电位器参数标注方法 二、测量原理和常规测试方法 电阻工作于低频时其电阻分量起主要作用，电抗部分可以忽略不计。 1电阻的频率特性 工作频

6、率升高时，等效电路如图3.2所示。图3.2电阻的等效电路CRLv v2固定电阻的测量v万用表测量万用表测量v电桥法测量电桥法测量当对电阻值的测量精度要求很高时，可用直流电桥法进行测量。惠斯登电桥的原理如图3.3所示。图3.3 直流电桥测电阻RXR1R2RnGE 其中R1,R2是固定电阻，称为比率臂，比例系数k=R1/R2可通过量程开关进行调节；为标准电阻,称为标准臂； 为被测电阻；G为检流计。 测量时，接上被测电阻 ，再接通电源，通过调节K和 ，使电桥平衡，即检流计指示为0，此时，读出K和 的值，即可求得 ： nnxkRRRRR21nRxRxRnRnRxR伏安法测量伏安法测量 伏安法测量原理如

7、图3.4(a)、(b)所示，有电流表内接和电流表外接两种测量电路。图3.4 伏安法测电阻原理图mARXRA+-+V-RXmARA+-+V-(a)电流表内接(b)电流表外接（1 1）电流表内接）电流表内接 电流表内接时，电流表的读数I等于被测电阻 中流过的电流 ，电压表的读数等于被测电阻 上的电压与电流表上的电压之和。被测电阻的测值为:)1 (xAxAxxAxRRRRRIUUIURv式中 Rx 被测电阻的实际值；v RA 电流表内阻。 xRxIxR（2）电流表外接）电流表外接 电流表外接时，电压表的读数U等于被测电阻 两端的电压 ，电流表的读数则是 ，此时，被测电阻的测量值为: 式中 R RX

8、被测电阻的实际值； RU电压表内阻。 )1 (UxxUxxRRRIIUIURUxIIIxRxU 用伏安法测电阻，由于电阻接入的方法不同，测量值与实际值有差异。 为了尽可能减少系统误差，一是采用加修正值的方法；二是根据被测电阻的阻值范围合理选用电路。 一般的，当 ，可采用电流表内接电路；当 ，可采用电流表外接电路。 MRkx1xR几百 3电位器的测量电位器的测量 性能测量性能测量 主要测量电阻标称值和端片接触情况。 用示波器测量电位器的噪声用示波器测量电位器的噪声 示波器可以用来测量电位器、变阻器的噪声。如图3.5所示。RW图3.5 电位器噪声测量接线图 示波器E输入输入4 4非线性电阻的测量非

9、线性电阻的测量 光敏、气敏、压敏、热敏电阻器等，它们的阻值随着外界光线的强弱、气体浓度的高低、压力的大小、电压的高低、温度的高低而变化。 一般可采用伏安法伏安法，即逐点改变电压的大小，然后测量相应的电流，最后作出伏安特性曲线。322电容的测量电容的测量 电容器在电路中多用来滤波、隔直、交流耦合、交流旁路及与电感元件构成振荡电路等，是电路中应用最多的元件之一。 一一、电容的参数和标注方法、电容的参数和标注方法 1电容的参数 电容器的参数主要有以下几项。（1 1）标称电容量和允许误差）标称电容量和允许误差 标注在电容器上的电容量，称作标称电容量。电容器的实际电容量与标称电容量的允许最大偏差范围，称

10、为允许误差。（2 2）额定工作电压）额定工作电压 指在规定的温度范围内，电容器能够长期可靠工作的最高电压。可分为直流工作电压和交流工作电压。（3 3）漏电电阻和漏电电流）漏电电阻和漏电电流 电容器的漏电流越大，绝缘电阻越小。当漏电流较大时，电容器会发热，发热严重时，电容器因过热而损坏。常用电解电容的允许漏电流和相应的漏电阻值见表3.2。（4 4）损耗因数）损耗因数 电容器的损耗因数定义为损耗功率与存储功率之比，用D表示。D值越小，损耗越小，电容的质量越好。2 2电容规格的标注方法电容规格的标注方法 电容器的标注方法同电阻器一样，有直标法和色标法。二、测量原理和常规测试方法二、测量原理和常规测试

11、方法 1电容的等效电路 电容的实际等效电路如图3.6(a)所示。在工作频率较低时，等效电路可简化为如图3.6(b)所示。图图3.63.6电容的等效电路电容的等效电路(a) 电容的实际等效电路(b) 电容的简化等效电路C0R0L0C0R0 2性能测量性能测量（1）估测电容的漏电流）估测电容的漏电流（2）判断电容的极性）判断电容的极性（3）估测电容量）估测电容量 容量范围摆动（F）范围 测量档 10100100 R R100100略有摆 动 1/10以下 2/10以下 3/10以下 R R1k1k2/10以下 3/10以下 6/10以下 7/10以下常用电解电容器的允许漏电流和相应的漏电电阻值常用

12、电解电容器的允许漏电流和相应的漏电电阻值耐压（耐压（V） 容量（容量（F） 允许漏电电流允许漏电电流 （mA） 相应的漏电电阻相应的漏电电阻 （k） 万用表所采用万用表所采用的测量档的测量档 661515 200500100200 0.20.40.40.60.20.50.40.61530101530752540 R100 或或R1k252525505050150150305010020301003050 0.20.60.20.80.30.80.20.50.20.60.51.00.50.90.61.0401203012040801002508025050100170300150250R1k或或R

13、10k3 3谐振法测量电容谐振法测量电容 交流信号源、交流电压表、标准电感L和被测电容连成如图3.7所示的并联电路。图3.7 谐振法测电容的原理图VLRC0信号源CX02)2(1CLfCx （3-3）式中 Cx 被测电容的容量； L标准电感 C0标准电感的分布电容。被测电容值 CX为4 4交流电桥法测量电容量和损耗因数交流电桥法测量电容量和损耗因数串联电桥 图3.8 (a)交流串联电桥测量电容和损耗因素GRXR4R3RnCnCX由电桥的平衡条件可得由电桥的平衡条件可得: :（3-4）nxCRRC34式中 CxCx被测电容的容量； Cn可调标准电容； R3 , R4固定电阻。nnxCfRtgQD

14、21nxRRRR43（3-5）xRnR式中 被测电容的等效串联损耗电阻； 可调标准电阻； （3-6） 并联电桥的测量并联电桥的测量R4R3RnGCnCXRX图3.8 (b)交流并联电桥测量电容、电阻和损耗因素. 图3.8(b)所示并联电桥，调节和使电桥平衡，此时根据下式可求出电容的容量、等效串联损耗电阻和损耗参数。 nxCRRC34nxRRRR43nnxCfRtgD21（3-7）5电容的数字化测量方法电容的数字化测量方法 一般采用电容电压转换器实现电容的数字化测量，转换器如图3.9所示。图图3.93.9电容电容- -电压的转换电路电压的转换电路虚部实部分离电路 R1A+-RxCxUxUrUSs

15、xrURRU1xxxUCfRU12xrxxxUUCfRtgD21式中 Rx被测电容的等效并联损耗电阻； US转换器输入的直流电压值； Ur转换器输出电压的实部值； RX转换器输出电压的虚部值。（3-8）323 电感的测量电感的测量 电感线圈在电路中多与电容一起组成滤波电路、谐振电路等。 一、主要参数一、主要参数 1 1电感量电感量L L 线圈的电感量L也叫自感系数或自感，是表示线圈产生自感应能力的一个物理量。 RfLRLQ2（3-9）2.2.品质因数品质因数Q Q 线圈的品质因数Q也叫Q Q值值，是表示线圈品质质量的一个物理量。它是指线圈在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电

16、阻之比。即: 3分布电容分布电容 线圈的匝与匝匝与匝间、线圈与屏蔽罩线圈与屏蔽罩间、线圈与磁芯线圈与磁芯、底板间存在底板间存在的电容，均称为分布电容。 分布电容的存在使线圈的Q值减小，稳定性变差，因此线圈的分布电容越因此线圈的分布电容越小越好。小越好。 二、测量原理和常规测试方法二、测量原理和常规测试方法 1电感的等效电路 等效电路如图3.10(a)所示。当C较小，工作频率较低时，分布电容可忽略不计。等效电路简化为图3.10(b)所示。图图3.103.10电感的等效电路电感的等效电路CRL0(a) 电感的实际等效电路(b) 电感的简化等效电路RL02谐振法测量电感谐振法测量电感 将交流信号源、

17、交流电压表、标准电容C和被测电感连成如图3.11所示的并联电路。图图3.11 3.11 谐振法测电感的原理图谐振法测电感的原理图VRC0信号源CLX则被测电感值Lx为:)()2(1021CCfLx式中 Lx 被测电感的电感量； C标准电容； C0 标准电感的分布电容 f1第一次谐振的频率。（3-10）.CfffC2122210由上述两式可得: 02121CfLx）（ 式中 f2 第二次谐振的频率。（3-11）3 3交流电桥法测量电感交流电桥法测量电感 马氏电桥马氏电桥RXR3RnCnLXR2G3.12(a)马氏电桥 由电桥平衡条件可得由电桥平衡条件可得式中 Lx被测电感； Cx标准电容； Rx被测电感的损耗电阻。 （3-12）nxCRRL32nxRRRR32nnxCRQ.海氏电桥海氏电桥R2GR3LXRXCnRn3.12(b)海式电桥. （3-133-13） 电桥法测量电感一般适用于低频运用的电桥法测量电感一般适用于低频运用的电感，尤其适用于有铁芯的大电感。电感，尤其适用于有铁芯的大电感。如图如图3.12(b)3.12(b)所示，同样由电桥平衡条件可所示，同样由电桥平衡条件可得得23211nnxQCRRL)11(232nnxQRRRRnnnxQCRQ1 4通用仪器测量电感 通用仪器测量电感的理论依据是复数欧姆定律 ，电路原理如图3.13