第6章—电子元件的测量技术及仪器

1、第第6 6章章 电子元件的测电子元件的测量技术及仪器量技术及仪器 本章主要内容本章主要内容 l电子元件参数测量的基本要求电子元件参数测量的基本要求l电桥法和万用电桥的使用电桥法和万用电桥的使用l谐振法及谐振法及QQ表的使用方法表的使用方法l晶体管特性图示仪的使用方法晶体管特性图示仪的使用方法1 1、了解万用电桥组成及基本原理、了解万用电桥组成及基本原理教学目标教学目标2 2、了解、了解Q Q表的结构及基本原理表的结构及基本原理3 3、平衡电桥法测量原理、平衡电桥法测量原理4 4、谐振法测量原理、谐振法测量原理5 5、晶体管特性图示仪组成原理与使用、晶体管特性图示仪组成原理与使用第6章 电子元件

2、的测量技术及仪器 6.1 电子元件参数测量的基本要求电子元件参数测量的基本要求 电子元器件是最基本的电子产品，是构成电气系统的基础。在电子技术中，电子元器件的测量主要包括集中参数元件的测电子元器件的测量主要包括集中参数元件的测量和晶体管、场效应管等器件的测量。量和晶体管、场效应管等器件的测量。 集中参数元件测量是指对电阻、电容、电感、阻抗品质因集中参数元件测量是指对电阻、电容、电感、阻抗品质因数数Q Q及损耗因数及损耗因数D D的测量。的测量。虽然理想元件中只包含大小恒定不变的纯电阻或纯电抗，但实际的集中参数元件并非如此，因此，集中参数元件的测量还包括Q、D的测量。 第6章 电子元件的测量技术

3、及仪器 如图6.1所示，实际电阻器可以等效为纯电阻R与寄生电感LR的串联，再与分布电容CR的并联。图6.1 实际电阻器的等效电路 寄生电感是由于绕制电阻的金属丝或碳膜电阻制造过程中的刻槽等原因而产生的。在低频状态下，感抗很小，容抗很大，故可以忽略不计，但在高频状态下，由于感抗很大，容抗很小，就必须考虑LR和CR的因素。 6.1.1 电阻器测量的基本要求电阻器测量的基本要求第6章 电子元件的测量技术及仪器 理想的电容器是储能元件C，也称为纯电容，在电路中可以实现能量交换。实际电容器则存在损耗电阻和引线电感。实际电容器则存在损耗电阻和引线电感。6.1.2 电容器测量的基本要求电容器测量的基本要求

4、由于电容器损耗电阻的存在，会使电容器在使用过程中消耗一定的能量，这种能量损耗称为电容器的介质损耗，用Rcs或Rcp来表示。图6.2 实际电容器的等效电路 在应用形式上可等效为串联损耗电阻Rcs与纯电容串联或者并联损耗电阻Rcp与纯电容并联的电路，如图6.2所示。第6章 电子元件的测量技术及仪器 在频率不太高的情况下，引线电感引线电感的影响由于其感抗很小可忽略不计。在高频电路中在高频电路中就必须考虑必须考虑其影响，高频时的电容等效电路如图6.3所示。图6.3 高频时电容器等效电路 综上所述，任何情况下，在实际运用中对电容器元件需要测量两个参数测量两个参数，即电容量电容量和损耗大小损耗大小，电容器

5、的损耗大小通电容器的损耗大小通常用损耗因数常用损耗因数D D来表示，来表示，D D值越大损耗越大。值越大损耗越大。第6章 电子元件的测量技术及仪器 通常用损耗因数D来表示电容器的损耗大小，具体表达式为： D=RCS/XC=CRCS D= XC/RCP =1/(CRCP) 串联等效电路： 并联等效电路： 式中，XC为电容器的容抗。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 理想电感器是储能元件，为纯电感，在电路中可实现能量交换。6.1.3 电感器测量的基本要求电感器测量的基本要求 实际电感器在运用中除考虑电感量参数电感量参数外，由于线圈的因素也要考虑损耗电阻损耗电阻，它的等效电路为损耗电阻RLS与纯电感

6、串联或者并联损耗电阻RLP与纯电感并联，如图6.4所示。（a） （b） 图6.4 电感器等效电路 第6章 电子元件的测量技术及仪器 实际电感器还存在分布电容分布电容C C，在频率不太高的情况下，分布电容的影响由于容抗很大可忽略不计。高频时高频时则必须考必须考虑，虑，高频时电感的等效电路如图6.5所示。图6.5 电感器高频等效电路 第6章 电子元件的测量技术及仪器 综上所述，在实际实际运用中对电感器元件需要测量测量的也是两个参数两个参数，即电感量电感量和损耗大小损耗大小。电感器的损耗大小通常用电感器的损耗大小通常用品质因数品质因数Q Q来表示。来表示。Q Q值越大损耗越小，电感的品质越好。值越大

7、损耗越小，电感的品质越好。Q值具体表达式为： 串联等效电路：Q=XL/RLS=L/RLS Q=RLP/XL= RLP/L 并联等效电路： 集中参数元件的测量包括集中参数元件的测量包括伏安法伏安法、电桥法电桥法和和谐振法谐振法三种。三种。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 6.2 伏安法及数字化测量伏安法及数字化测量6.2.1 伏安法伏安法 伏安法，即电压表电压表- -电流表法电流表法，是根据欧姆定律来测量集中元件参数的。该方法使用方便，但测量精确度较差，仅适用于低频测量，比较适合直流电阻的，仅适用于低频测量，比较适合直流电阻的测量。测量。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 图6.6(a)、图6

8、.6(b)分别为电流表外接、内接的伏安法测量集中参数元件原理图。Z=U/I 图6.6 伏安法测量原理图 在忽略电压表、电流表内阻影响的情况下，根据欧姆定律有：第6章 电子元件的测量技术及仪器 当测量直流电阻时，电源为直流电源，则 当测量电容或电感时，角频率为的交流电压作为电源，由电容、电感等效电路的分析可知，二者都可以等效为电阻与电抗的串联，即阻抗的模值Z为：R=Z=U/I22XR 在忽略损耗电阻影响的情况下，存在关系： XXRZIU22/CXC1LXLIULUIC第6章 电子元件的测量技术及仪器 上述分析中，均忽略了电压表、电流表内阻的影响，忽略了电压表、电流表内阻的影响，实际测实际测量的准

9、确度较低。量的准确度较低。当被测元件阻抗远大于或者可以与电压表输入阻抗相比拟时，比较适合采用电流表内接的方法；反之，比较适合采用电流表外接的方法。 由上式可知，如果测量时保持两个参数不变，而只改变一个如果测量时保持两个参数不变，而只改变一个参数，就可以用一个测量仪表进行测量。参数，就可以用一个测量仪表进行测量。例如，测量电容时，保持频率和电压不变，则流过电容器的电流I与电容C之间存在单值对应的关系，电流表即可以刻度成电容的单位，该仪表称为法拉计。 伏安法可以测量伏安法可以测量11到数百兆欧范围内的电阻以及到数百兆欧范围内的电阻以及1pF1pF到数百到数百微法的电容。微法的电容。第6章 电子元件

10、的测量技术及仪器 6.2.2 阻抗的数字化测量阻抗的数字化测量 阻抗的测量包括电感、电容、电阻等元器件的测量。阻抗的数字化测量阻抗的数字化测量是利用正弦信号在被测阻抗两端产生利用正弦信号在被测阻抗两端产生交流电压，然后对电压实部和虚部进行分离，最后利用交流电压，然后对电压实部和虚部进行分离，最后利用电压的数字化测量来实现阻抗的测量。电压的数字化测量来实现阻抗的测量。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 1. 电感元件的测量电感元件的测量 图6.7为电感-电压（L-V）变换器原理图。 图中左半部分为阻抗-电压变换部分；同步检波器实现实部、虚部分离；峰值检波器完成交-直流电压变换，并提供基准电压。U

11、1、U2、Ur都要送到电压表双积分式A/D变换器。 图6.7 电感电压变换器 第6章 电子元件的测量技术及仪器 经过分析得到： 分析上式可见：因为Ur、R1均为常数，只要利用双积分式数字多用表测出U1、U2来，即可换算出Rx、Lx及Qx的大小 来。xrRRUU11xrLRUU12第6章 电子元件的测量技术及仪器 2. 电容元件的测量电容元件的测量 图6.8为电容-电压变换器的阻抗交流变换部分，其他部分与电感电压变换器的结构相似。 利用上述方法，可得： 图6.8电容电压变换器 rxURRU11 xrCURU12 由此可见，也可以利用数字多用表来实现Cx、Rx及D的测量。第6章 电子元件的测量技术

12、及仪器 3. LCR参数测试仪参数测试仪 图6.9为LCR参数测试仪原理图。 经分析得知： 图6.9 LCR参数测试仪原理图 式中，R为等效串联电阻；X为等效串联电抗；G为等效并联电导；B为等效并联电纳。第6章 电子元件的测量技术及仪器 测量线圈或电容时测量线圈或电容时，可以选择它们的串联等效电路或并联等效电路来进行测量。一般来说，对小容量电容和高阻抗线圈，采对小容量电容和高阻抗线圈，采用并联等效电路测量用并联等效电路测量，而对电解电容等大容量电容或小阻抗线圈对电解电容等大容量电容或小阻抗线圈采用串联等效电路进行测量采用串联等效电路进行测量。 由上述分析可见，只要先测出 和 ，再把 和 同步整

13、流并分解出实部和虚部，进而计算出上式中R，X，G，B，最后以数字形式显示出被测元件R，L，C，D，Q等参数。 iUOUiUOU第6章 电子元件的测量技术及仪器 电桥法又称为指零法，是利用零指示器作为电桥平衡指示器，根据电桥平衡时，各桥臂之间的关系来确定被测量。6.3 电桥法测量集中参数元件电桥法测量集中参数元件 该方法的工作频率较宽，测量精度较高，可达10-4，比较适合低频阻抗元件的测量。 该方法构成的测量仪器称为平衡电桥或电桥。 电桥分为直流电桥和交流电桥两大类，前者用于测量直流电电桥分为直流电桥和交流电桥两大类，前者用于测量直流电阻，后者用于测量电容、电感等参数阻，后者用于测量电容、电感等

14、参数，在此主要讨论交流电桥。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 6.3. 1 交流电桥交流电桥1.1.工作原理工作原理 图6.10为交流电桥原理图，主要由桥体、电源桥体、电源G G及平衡指及平衡指示器示器P P等组成。桥体由Z1、Z2、Z3 、Zx四个桥臂组成，桥臂由电阻和电抗元件组成。电源为纯正弦交流电源。图6.10 交流电桥 第6章 电子元件的测量技术及仪器 当IP=0时，电桥处于平衡状态，电桥平衡条件如下： 或 即： x+2=1+3 由此可见，要使交流电桥完全平衡，必须同时满足后两个等式，即振幅平衡条件和相位平衡条件。 振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件第6章 电子元件的测

15、量技术及仪器 当相邻两桥臂为纯电阻时，另外两个桥臂应呈现同性电抗；当某一对角桥臂为纯电阻时，另外一对角桥臂应呈现异性电抗；当两个桥臂由纯电阻构成时，呈现电抗特性的桥臂必须由标准可调电阻和电抗件构成，该电抗件一般选用标准可调电容。 于是， 当Z1、Z2为纯电阻R1、R2时，满足关系： 321ZRRZx 当Z1、Z3为纯电阻R1、R3时，满足关系： 231ZRRZx第6章 电子元件的测量技术及仪器 由上式得，当两个邻臂为纯电阻时的电桥称为臂比电桥臂比电桥，它比较适于测量电容比较适于测量电容；当两个相对桥臂为纯电阻时的电桥称为臂乘电桥臂乘电桥，它比较适于测量电感比较适于测量电感。 321ZRRZx2

16、31ZRRZx 交流电桥的电源必须为交流电桥的电源必须为纯正弦波交流电源纯正弦波交流电源，否则，由于电源中频率成分的复杂，会使电桥产生假平衡，从而产生很大的误差。为了提高测量精确度，IP要经过选频放大器放大、检波器检波后送入检流计。为了减小杂散耦合的影响，电桥各部分之间要良好屏蔽，但即使如此，也只适合在音频或低也只适合在音频或低射频段使用，射频段使用，高频段的测量适合选用高频段的测量适合选用。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 【例6-1】：下图为测量低Q电感的麦克斯韦电桥桥体，试求Rx、Lx、Qx各是多少？ 【解】该交流电桥平衡条件为： 经推导，得： Rx=R1R2/Rs Lx=R1R2Cs

17、 Qx=Lx/Rx=RsCs 第6章 电子元件的测量技术及仪器 【例6-2】：下图为测量高Q电感的海氏电桥桥体，试求Rx、Lx、Qx各是多少？ 【解】该交流电桥平衡条件为： 经推导，得： Rx=R1R2/RSLx=R1R2CS Qx=1/RsCs 第6章 电子元件的测量技术及仪器 【例6-3】：下图为测量低损耗电容的串联电阻式比较电桥桥体，试求Rx、Cx、Dx各是多少？ 【解】该交流电桥平衡条件为： 经推导，得： Rx=R1RS/R2Cx=R2CS/R1Dx=RxCx =RsCs第6章 电子元件的测量技术及仪器 【例6-4】：下图为测量高损耗电容的并联电阻式比较电桥桥体，试求Rx、Cx、Dx各

18、是多少？ 【解】该交流电桥平衡条件为： 经推导，得： Rx=R1RS/R2Cx=R2CS/R1Dx=1/RsCs第6章 电子元件的测量技术及仪器 2. QS18A型万用电桥型万用电桥（1）组成）组成 QS18A型万用电桥是一种便携式交流电桥，主要用于测量电阻、电感、电容等参数。其组成如图6.11所示。 主要由桥体、信号源（桥体、信号源（1kHz1kHz）和晶）和晶体管检流计体管检流计三部分组成。桥体是电桥的核心部分，实际上是由直流电桥、交流电容电桥及电感电桥组合而成。使用时，通过变换开关进行切换，以实现不同参数或量程的测量。 图6.11 QS18A型万用电桥组成框图 第6章 电子元件的测量技术

19、及仪器 （2）测量电容）测量电容 测量电容时，桥体连接成如图6.12所示的形式。Cx、Rx分别为被测电容的容量、串联等效电阻阻值，R2由标准粗调、细调电阻器组成。调节桥体中可调电阻器使电桥平衡。图6.12测量电容原理图 根据电桥平衡条件，可导出： 第6章 电子元件的测量技术及仪器 由此可知，在量程确定的情况下，只要C2保持不变，可以通过调节R3使电桥平衡。其中，Cx、Rx、Dx可由有关度盘读出数值。第6章 电子元件的测量技术及仪器 （3）测量电感）测量电感 测量电感时，桥体连接如图6.13所示。图6.13 测量电感原理图 Lx=R1R2C3 Lx、Rx分别是被测电感的电感量、串联等效损耗电阻。

20、当电桥平衡时有： Qx=C3R3 第6章 电子元件的测量技术及仪器 （4）使用方法）使用方法图6.14为QS18A型万用电桥面板结构图。 图6.14 QS18A型万用电桥面板结构图 第6章 电子元件的测量技术及仪器 面板上各开关旋钮的作用如下： 1被测元件接线柱用于连接被测元件。 2外接插孔用于外接音频电源。3外-内1kHz选择开关用于选择电桥工作电源。凡使用机内1kHz振荡器时，应把此开关拨向“内1kHz”位置。 4量程开关确定测量范围，各示值是指电桥读数在满刻度各示值是指电桥读数在满刻度时的最大值。时的最大值。第6章 电子元件的测量技术及仪器 5损耗倍率选择开关 分为三挡：三挡：Q1，D0

21、.01， D1。根据不同情况，按 照表6-1选择合适挡位。测量电阻时，该开关不测量电阻时，该开关不起作用。起作用。表表6-1倍率开关位置倍率开关位置 第6章 电子元件的测量技术及仪器 6指示电表，用于指示电桥的平衡状态。当电桥平衡时，电表指当电桥平衡时，电表指示为零。示为零。 7接地端，与机壳相连，接地。 8灵敏度调节旋钮，用于控制电桥放大器的放大倍数。开始测量开始测量时，应降低灵敏度，使电表指示小于满刻度，在使用时应逐步时，应降低灵敏度，使电表指示小于满刻度，在使用时应逐步增大灵敏度，进行电桥平衡调节。增大灵敏度，进行电桥平衡调节。9读数调节旋钮（读数盘），用于调节电桥的平衡状态，由粗调和细

22、调组成。调节此二只读数盘使电桥平衡时，第一位读数盘第一位读数盘的步级是的步级是0.1，也就是量程旋钮指示值的，也就是量程旋钮指示值的1/10，第二第三位读数，第二第三位读数是由连续可变电位器指示。是由连续可变电位器指示。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 11损耗平衡调节旋钮用于指示被测元件（电容或电感）的损耗因数或品质因数。被测元件的损耗读数（指电容、电感）由此旋钮指示，此读数盘上的指示值乘以倍率形状指示值，即为正读数盘上的指示值乘以倍率形状指示值，即为正确的损耗示值。确的损耗示值。 12测量选择开关用于确定电桥的测量内容。用来转换电桥线路，测电容放在“C”处，测电感放在“ L”处，测10以

23、内的电阻放在R10处。测量完毕，此开关应置于“关”位置，以降低机内干电池的损耗。10损耗微调旋钮用于细调平衡时的损耗，一般情况下 置于置于“0”位置位置。第6章 电子元件的测量技术及仪器 使用方法如下：使用方法如下： 将被测元件接到“被测元件接线柱”，拨动电源选择开关至“内1kHz”位置，如果用外部电源，则将外部电源接到“外接”插孔上，拨动电源选择开关至“外”的位置。 根据被测量，将测量选择开关旋至“C”、“L”、“R10”或“R10”处。 估计被测量的大小，选择量程开关的位置。 根据被测元件的情况，按照表6-1选择合适的损耗倍率开关挡位。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 根据电桥平衡情况，

24、调整灵敏度调节旋钮使指示电表读数由小逐步增大。 反复调节电桥的读数盘和损耗平衡旋钮，并在调整过程中逐步提高指示电表的灵敏度直至电桥平衡。此时存在如下关系：Lx（或（或Cx或或Rx）=量程开关指示值量程开关指示值电桥读数盘示值电桥读数盘示值 Qx（或（或Dx）=损耗倍率指示值损耗倍率指示值损耗平衡盘指示值损耗平衡盘指示值 第6章 电子元件的测量技术及仪器 【例【例6-56-5】用QS18A型万用电桥测量标称值为470pF的电容，试问： (1)怎样设置量程选择和损耗倍率开关？ (2)当电桥平衡时，左边读数盘（粗调）示值为0.4，右边读数盘（细调）示值为0.056，损耗平衡盘读数为1.4，其电容量和

25、损耗因数值各为多少？ 【解】：【解】：（1）量程选择开关应置于1000pF处，损耗倍率开关应 置于D0.01处。Cx= (0.4+0.056)1000pF=456pF Dx=0.011.4=0.014 答：（略） （2）由QS18A型万用电桥的使用方法介绍，可知： 第6章 电子元件的测量技术及仪器 【练习【练习】 用QS18A型万用电桥测量线圈的电感量Lx及Qx值，当电桥平衡时，左边读数盘（粗调）示值为0.6，右边读 数盘（细调）示值为0.028，量程开关在100mH挡上，损耗倍率开关在Q1挡上，损耗平衡盘读数为3.5，求被测电感Lx和品质因数Qx。 【解】：【解】： 由QS18A型万用电桥的

26、使用方法介绍，可知： Lx= (0.6+0.028)100mH=62.8mH Qx=13.5=3.5 答：（略） 第6章 电子元件的测量技术及仪器 6.4 谐振法测量集中参数元件谐振法测量集中参数元件 谐振法又称谐振法又称Q Q表法表法，是以是以LCLC谐振回路谐振特性为基础谐振回路谐振特性为基础而进行测量的方法而进行测量的方法。在高频段，谐振法受杂散耦合等的影响较小，且比较符合电感、电容的实际工作情况，因此，谐振法高频段测量结果比较可靠，是测量高频元件是测量高频元件的常用方法。的常用方法。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 6.4.1 Q表的组成及工作原理表的组成及工作原理 谐振法构成的测量

27、仪器称为Q表，适合在高频状态下测量电适合在高频状态下测量电容量、电感量、电容损耗因数、谐振回路或电感品质的因数容量、电感量、电容损耗因数、谐振回路或电感品质的因数。它由测量回路、信号源、耦合回路及测量回路、信号源、耦合回路及Q Q值电压表值电压表等部分组成，图6.16为Q表工作原理图，设测量回路电流有效值、总电感、总电容为I、L、C。 图6.16 Q表工作原理图 第6章 电子元件的测量技术及仪器 Q表各组成部分的作用如下： （1）信号源 信号源为正弦信号源，其振荡频率范围即为其振荡频率范围即为Q Q表工作频率表工作频率范围。范围。 （2）耦合回路 它将信号源输出的信号馈入到测量回路，其耦合方式

28、通常为电阻耦合方式，称之为插入电阻，为减小信号源对测量回路的影响，要求耦合电阻R2要很小（如0.04）。高频段、超高频段Q表则分别选用电容、电感作为Q表耦合元件。第6章 电子元件的测量技术及仪器 （3）Q值电压表 即Q值刻度的电压表，用于指示Q值大小。当当Q Q值电压表指值电压表指示电压最大时，测量回路处于谐振状态。示电压最大时，测量回路处于谐振状态。 （4）测量回路 即LC谐振回路，它由电感、电容及回路等效损耗电阻R组成。Q表就是根据该回路的谐振特性来测量的。第6章 电子元件的测量技术及仪器 如果测量回路处于谐振状态谐振状态，则存在如下关系：I=Us/R=UL/XL=UC/XC Q=XL/R

29、=XC/R Q=UC/Us=UL/Us 可见，在Us一定时，电压表可以刻度成为Q值指示器；改变Io值可以扩大品质因数的测量范围，电流表则变成了Q值倍乘指示器。Z0=R第6章 电子元件的测量技术及仪器 谐振法测量电感，除了依据式L=1/（02C)直接测量（直接法）外，还包括串联替代法和并联替代法。 6.4.2 测量电感测量电感1. 串联替代法串联替代法 串联替代法适合测量小电感，如图6.17所示，图中信号源与测量回路之间采用的互感耦合方式为松耦合，否则，信号源内阻将严重影响测量回路的谐振特性而产生谐振点误判。图6.17 串联替代法测量电感原理图 第6章 电子元件的测量技术及仪器 其测量步骤如下：

30、 将1、2端短接，调节Cs到较大电容C1位置，调节信号源频率，使回路谐振，设谐振频率为f0，此时满足： 式1 去掉1、2之间的短路线， 将Lx接入回路，保持信号源频率 f0不变，调节Cs至C2使回路重新谐振，此时满足：式2 求解式1和式2组成的方程组，得： 第6章 电子元件的测量技术及仪器 2. 并联替代法并联替代法 并联替代法适合测量大电感，始终将图6.17中1、2两端短接。 其测量步骤如下： 不接入Lx，调小可变电容Cs为C1，调节信号源频率使回路谐振，设谐振频率为f0，此时满足： 式3 第6章 电子元件的测量技术及仪器 将Lx接至3、4端，保持信号源频率f0不变，调节Cs至C2使回路重新

31、谐振，此时满足： 式4 求解式（6-12）和式（6-13）组成的方程组，得：式5 第6章 电子元件的测量技术及仪器 6.4.3 测量电容测量电容 谐振法测量电容，一般采用串联替代法和并联替代法。 替代法可以有效地消除分布电容或引线电感所造成的影响。 串联替代法适合测量大电容，如图6.17所示。 1. 串联替代法串联替代法 其测量步骤如下： 将1、2端短接，调小可变电容Cs为C1，调节信号源频率使测量回路谐振，设谐振频率为f0。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 去掉短路线，将被测电容Cx接至1、2端，保持信号源频率f0不变，调节Cs至C2使测量回路重新谐振。 上述两步，测量回路中的电感以及前后

32、两次的谐振频率未变，因此，前后两次测量回路的等效电容值是相等的， 即：1221CCCCCx 第6章 电子元件的测量技术及仪器 2. 并联替代法并联替代法 其测量步骤如下： 并联替代法适合测量小电容，如图6.17所示，图中1、2端始终短接或接入一标准电感。 （1）不接入被测电容Cx，调大可变电容Cs为C1，调节信号源频率使测量回路谐振，设谐振频率为f0。 （2）将被测电容接至3、4端，保持信号源频率f0不变，调节Cs至C2使测量回路重新谐振。 （3）上述两步，测量回路中的电感以及前后两次的谐振频率未变，因此，前后两次测量回路的等效电容值是相等的，即：C1=C2+Cx Cx=C1C2第6章 电子元

33、件的测量技术及仪器 6.4.4 Q表实例及使用方法表实例及使用方法 图6.18为QBG-3型Q表面板结构图，它的使用方法如下： 图6.18 QBG-3型Q表面板图 第6章 电子元件的测量技术及仪器 1. 测量准备测量准备 测量前先对定位表和Q值表进行机械调零，然后将定位粗调逆时针调到底，将“定位零位校直”和“Q值零位校直”置于中间，“微调（电容）”调到零，开机预热10min。2. 电感线圈电感线圈Q值的测量值的测量 将被测线圈接到Lx接线柱上；调节频率旋钮及波段开关至测量所需的频率点；选择合适的Q值挡级；调节“定位零位校直”旋钮使定位表指示为零，调节定位粗调及定位细调旋钮使定位表指针指到“Q1

34、”处；调整主调电容度盘远离谐振点，再调节“Q值零位校直”使Q值表指针指在零点上，最后调解主调电容度盘和微调旋钮使回路谐振（Q值表指示最大），则Q值表的示值即为被测线圈的Q值。第6章 电子元件的测量技术及仪器 3. 电感量的测量电感量的测量 首先估计一下被测线圈的电感量，按照表6-2选出对应频率，再调节波段开关及频率旋钮使信号源频率达到所需频率值；将“微调”置于零点，调节主调电容度盘使Q值表指示最大。此时，被测线圈的电感量等于主调电容度盘上读出的电感值乘以L、f、倍率对照表中的倍率。 表6-2 L、f、倍率对照表 第6章 电子元件的测量技术及仪器 4. 线圈分布电容的测量线圈分布电容的测量 将主

35、调电容度盘调至某一适当电容值上（一般为200pF），记为C1；再调节波段开关及频率旋钮使Q值表指示最大，即找到谐振点f1；重新调节波段开关、频率旋钮使信号源频率为f1的两倍，然后调节主调电容度盘使Q值表指示最大，记为C2。 则分布电容量C0可由下式计算： C0=(C14C2)/3 第6章 电子元件的测量技术及仪器 5. 电容量的测量电容量的测量 被测电容量大小不同，其测量方法也不同。主要有以下两种情况： （1）小于460pF电容的测量 可以采用并联替代法来测量。从Q表附件中选取一只电感量大于1mH的标准电感接至Lx接线柱，将“微调”调到零，主调电容度盘调至最大（500pF），记为C1；然后调节

36、“定为零位校直”和“Q值零位校直”旋钮使定位表及Q值表指示为零，再调节定位粗调及定位细调旋钮使定位表指针指在“Q1”处；最后调节频率旋钮及波段开关，使Q值表指示最大。将被测电容接至Cx接线柱，重调主调电容度盘使Q值表指示最大，此时度盘读数为C2，则被测电容Cx等于： Cx=C1-C2 。第6章 电子元件的测量技术及仪器 （2）大于460pF电容的测量 可以采用串联替代法来测量。将标准电感接至Lx接线柱，调节主调电容度盘，使Q值表指示最大，读盘读数记为C1；取下标准电感，将其与被测电容串联后再接于Lx接线柱上，重调主调电容度盘使Q值表指示再次达到最大，此时度盘读数记为C2。被测电容Cx为： 第6

37、章 电子元件的测量技术及仪器 6. 6. 电容损耗因数的测量电容损耗因数的测量 首先将主调电容度盘调至500pF，记为C1，将大于1mH的标准电感接至Lx接线柱，调节波段开关及频率旋钮使Q值表指示最大，设它的读数为Q1；然后将被测电容并接于Cx接线柱上，调小主调电容度盘至某值，设为C2，重调信号源频率使Q值表再次指示最大，设读数为Q2，则损耗因数Dx为： 第6章 电子元件的测量技术及仪器 7.7.注意事项注意事项 使用Q表测量过程中应注意，被测元件不能直接放在仪器顶板上，要加一块高频损耗小的如聚乙烯之类的衬垫板；被测元件接线要短且接触良好；被测元件的屏蔽罩要接到低电位接线柱上。 第6章 电子元

38、件的测量技术及仪器 6.5 6.5 晶体管特性图示仪及应用晶体管特性图示仪及应用 晶体管特性图示仪简称为图示仪，是一种采用图示法在荧光屏上直接显示各种晶体管、场效应管等的特性曲线，并据此测算出元器件各项参数的元器件测试仪器，例如测量PNP和NPN型三极管的输入特性、输出特性、电流放大特性；各种反向饱和电流、击穿电压，各类晶体二极管的正反向特性；场效应管漏极特性、转移特性、夹断电压和跨导等参数。与示波器的区别是晶体管特性图示仪能够自身提供测试时所需要的信号源，并将测试结果以曲线形式显示在荧光屏上。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 6.5.16.5.1晶体管特性图示仪的组成晶体管特性图示仪的组成

39、 图6.19是共发射极NPN型三极管输出特性曲线及其逐点测量法示意图。图6.19(a)中，先固定基极电流IB，改变EC值，可测得一组uCE和iC值；再改变基极电流IB，重复上述过程，可测得多组数值。适当选取坐标，即可得到三极管输出特性曲线，如图6.19(b)所示。 图6.19 晶体三极管输出特性曲线及逐点测量法示意图 第6章 电子元件的测量技术及仪器 晶体管特性仪的测量为动态测量法，逐点测量法是晶体管特性图示仪的测量原理基础。晶体管特性图示仪应具备以下功能： 能够提供测试过程所需的各种基极电流IB。 每一个固定IB期间，集电极电压EC应作相应改变。 能够及时取出各组uCE及iC值送显示电路。第

40、6章 电子元件的测量技术及仪器 晶体管特性图示仪主要由阶梯波发生器、集电极扫描信号源、测试变换电路、控制电路、X-Y方式示波器、主电源及高压电源部分等部分组成。 （1）集电极扫描电压发生器。产生如图6.20（a）所示的正弦半波扫描电压波。通常是由50Hz市电经全波整流得到的100Hz正弦半波电压。 图6.20 正弦半波扫描电压波形和阶梯信号波形及对应关系第6章 电子元件的测量技术及仪器 （2）阶梯信号发生器。 产生如图6.20（b）所示的阶梯电压或电流信号波。为避免被测管功耗过大而损坏，一般选用占空比可调的脉冲阶梯波， 这样既可使晶体管导通时间减小，避免损坏被 测管，又可提高图示仪的性能。 （

41、3）测试变换电路。 根据NPN、PNP晶体管基极阶梯信号、集电极扫描电压信号的极性而变换，并选择合适的显示信号送至示波电路。通过测试变换电路可使晶体管基极电压、电流和阶梯波、集电极扫描电压的极性按不同要求而改变，并选择合适的显示信号送至X、Y偏转板，以显示各种不同的曲线。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 （4）X轴放大器及Y轴放大器。 放大测试变换电路输出的电压信号，然后送至示波管X、Y偏转板形成扫描曲线。 （5）波形显示及控制电路。 完成集电极扫描信号源与阶梯波信号源的同步，并显示测试元件的特性曲线。 （6）主电源及高压电源部分。 为仪器电路提供所需的电源电路。第6章 电子元件的测量技术及

42、仪器 6.5.2 晶体管特性图示仪的使用晶体管特性图示仪的使用1. XJ4810型晶体管特性图示仪的面板结构型晶体管特性图示仪的面板结构 图6.21为XJ4810型晶体管特性图示仪面板图。第6章 电子元件的测量技术及仪器 各开关旋钮的作用如下： （1）电源及示波管控制部分 电源及示波管控制部分开关旋钮包括：聚焦、辅助聚焦、辉度及电源开关，各自的使用方法与示波器相似。 （2）集电极电源 1）“峰值电压范围”选择开关 “峰值电压范围”选择开关用于选择集电极电源最大值。其中AC挡能使集电极电源变为双向扫描，使屏幕同时显示出被测二极管的正、反方向特性曲线。当电压由低挡换向高挡时，应先将“峰值电压%”旋

43、钮旋至0。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 2）“峰值电压%”旋钮 调节“峰值电压%”旋钮使集电极电源在确定的峰值电压范围内连续变化。 3）“+、”极性按键开关 按下“+、”极性按键开关时集电极电源极性为负，弹起时为正。 4）“电容平衡”、“辅助电容平衡”旋钮 当Y轴为较高电流灵敏度时，调节“电容平衡”、“辅助电容平衡”旋钮两旋钮使仪器内部容性电流最小，使荧光屏上的水平线基本重叠为一条。一般情况下无需调节。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 5）“功耗限制电阻”旋钮 “功耗限制电阻”旋钮用于改变集电极回路电阻的大小。测量被测管的正向特性时应置于低电阻挡，测量反向特性时应置于高阻挡。 （3）Y

44、轴部分 1）“电流/度”旋钮 “电流/度”旋钮是测量二极管反向漏电流IR及三极管集电极电流IC的量程开关。当开关置于“ ”（该挡称为基极电流或基极源电压）位置时，可使屏幕Y轴代表基极电流或电压；当开关置于“外接”时，Y轴系统处于外接收状态，外输入端位于仪器左侧面。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 2）“移位”旋钮 “移位”旋钮可进行垂直移位外，还兼作倍率开关，当旋钮拉出时，指示灯亮，Y轴偏转因数缩小为原来的1/10。 3）“增益”电位器 “增益”电位器用于调整Y轴放大器的总增益，即Y轴偏转因数。一般情况下无需经常调整。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 （4）X轴部分轴部分 1）“电压电压/

45、度度”旋钮旋钮 “电压/度”旋钮是集电极电压UCE及基极电压UBE的量程开关。当开关置于“ ”位置时，可使屏幕X轴代表基极电流或电压；当开关置于“外接”时，X轴系统处于外接收状态，外输入端位于仪器左侧面。 2）“增益增益”电位器电位器 “增益”电位器用于调整X轴放大器的总增益，即X轴偏转因数。一般情况下无需经常调整。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 （5）显示部分）显示部分 1）“变换变换”选择开关选择开关 “变换”选择开关用于同时变换集电极电源及阶梯信号的极性，以简化NPN型管与PNP管转测时的操作。 2）“”按键开关按键开关 “”按键开关按下时，可使X、Y放大器的输入端同时接地，以确定零

46、基准点。 3）“校准校准”按键开关按键开关 “校准”按键开关用于校准X轴及Y轴放大器增益。开关按下时，在荧光屏有刻度的范围内，亮点应自左下角准确地跳至右上角，否则应调节X轴或Y轴的增益电位器来校准。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 （6）阶梯信号）阶梯信号 1）“电压电压电流电流/级级”旋钮旋钮 “电压电流/级”旋钮用于确定每级阶梯的电压值或电流值。 2）“串联电阻串联电阻”开关开关 “串联电阻”开关用于改变阶梯信号与被测管输入端之间所串接的电阻大小，但只有当电压电流/级开关置于电压挡时，本开关才起作用。 3）“级级/簇簇”旋钮旋钮 “级/簇”旋钮用于调节阶梯信号一个周期的级数，可在110级

47、之间连续调节。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 4）“调零调零”旋钮旋钮 “调零”旋钮用于调节阶梯信号起始级电平，正常时该级为零电平。 5）“+、”极性按键开关极性按键开关 “+、”极性按键开关用于确定阶梯信号的极性。 6）“重复重复关关”按键开关按键开关 “重复关”按键开关弹起时，阶梯信号重复出现，用作正常测试；当开关按下时，阶梯信号处于待触发状态。 7）“单簇按单簇按”开关开关 “单簇按”开关与“重复关”按键开关配合使用。当阶梯信号处于调节好的待触发状态时，按下该按钮，指示灯亮，阶梯信号出现一次，然后又回至待触发状态。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 （7）测试台部分）测试台部分 图6

48、.22为XJ4810型晶体管特性图示仪测试台面板图，各开关旋钮的作用如下： 1 1）“左左”“”“右右”按键开关按键开关开关按下时，分别接通左、右边的被测管。图6.22 测试台面板图第6章 电子元件的测量技术及仪器 3）“零电压零电压”、“零电流零电流”按钮按钮 “零电压”、“零电流”按钮按下时，分别将被测管的基极接地、基极开路，后者用于测量ICEO、BUCEO等参量。 2 2）二簇）二簇”按键开关按键开关 “二簇”按键开关按下时，图示仪自动交替接通左、右两只被测管，此时可同时观测到两管的特性曲线，以便对它们进行比较。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 （1）使用方法）使用方法 开启电源，指示

49、灯亮，预热15min后使用。 调节辉度、聚焦、辅助聚焦等旋钮，使屏幕上的亮点或线条清晰。 X、Y灵敏度校准。将峰值电压%旋钮选为0，屏幕上的亮点移至左下角，按下显示部分中的校准按键开关，此时亮点应准确地跳至右上角。否则，应调节X轴或Y轴的增益电位器来校准。 2. XJ4810型晶体管特性图示仪的使用方法与注意事项型晶体管特性图示仪的使用方法与注意事项第6章 电子元件的测量技术及仪器 阶梯调零。当测试中要用到阶梯信号时，必须先进行阶梯调零，其过程如下：将阶梯信号及集电极电源均置于“+”极性，“电压/度”置于“1V/度”，“电流/度”置于“”，“电流/级”置于“0.05V/级”，“重复开关”置于重

50、复，“级/簇”置于适中位置，“峰值电压范围”置于10V挡，调节“峰值电压%”旋钮使屏幕上的扫描线满度，然后按下“”按键，观察此时亮点在屏幕上的位置，再将按键复位，调节调零旋钮使阶梯波起始级处于亮点位置，这样，阶梯信号的零电平即被校准。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 （2）注意事项）注意事项 应特别注意阶梯信号选择、功耗限制电阻、峰值电阻范围旋钮的使用，如果使用不当会损坏被测晶体管。 测试大功率晶体管和极限参数、过载参数时，应采用单簇阶梯信号，以防过载损坏被测器件。 测试MOS型场效应管时，应特别注意不要使栅极悬空，以免感应电压过高击穿被测管。 测试完毕后，使仪器复位，以防下次使用时因疏忽而

51、损坏被测器件。此时应将“峰值电压范围”置于（010V）挡，“峰值电压调节”旋到零位，阶梯信号选择开关置于关挡，“功耗限制电阻”置于10k以上位置。 第6章 电子元件的测量技术及仪器 6.5.4 晶体管特性图示仪特性曲线测试举例晶体管特性图示仪特性曲线测试举例 晶体管特性图示仪可直接测试晶体管各种组态的输出、输入特性以及各种参数的测量。这里仅介绍部分特性曲线的测试方法。 1. 二极管特性曲线的测试二极管特性曲线的测试 二极管特性曲线的测试原理如图6.23所示。 图6.23 二极管特性曲线测试原理图 第6章 电子元件的测量技术及仪器 测试二极管时只需观察流过二极管的电流与二极管两端电压之间的关系，不必使用阶梯信号源。将二极管的正极和负极分别插入C、E两个接线端即可。测正向特性时加正极性扫描电压，测反向特性时加负极性扫描电压。集电极扫描电压接至X轴，RF上的取样