常用电子元器件的测量 (2)课件

第4章常用电子元器件的测量

4.1无源器件简介

4.2无源器件的测量

4.3有源器件简介

4.4有源器件的测量

4.5晶体管特性图示仪

4.6Q表

本章内容提要重点：（1）无源器件及其测量；（2）有源器件及其测量；（3）晶体管特性图示仪；（4）Q表。难点：（1）无源器件和有源器件的区别；（2）晶体管的测量；（3）晶体管特性图示仪的使用。4.1无源器件简介一、电阻器

1．电阻器的型号及命名方法电阻器的型号很多，根据国家标准（GB2470—81）规定，国产电阻器的型号由四个部分组成。第一部分用字母表示产品名称，如用R表示电阻，用W表示电位器。第二部分用字母表示产品的制作材料，如用T表示碳膜，用J表示金属膜，用X表示线绕等。第三部分用数字或字母表示产品分类。第四部分用数字表示产品序列号。例如RJ-71为精密金属膜电阻，RXT-2为可调线绕电阻。表4-1常用标称值系列及偏差标称系列允许偏差电阻器、电位器、电容器标称系列值（×10n）精度等级E24±5%1.01.11.21.31.51.61.82.02.22.42.73.03.33.63.94.34.75.15.66.26.87.58.29.1ⅠE12±10%1.01.21.51.82.22.73.33.94.75.66.88.2ⅡE6±20%1.01.52.23.34.76.8Ⅲ

（2）额定功率额定功率P是指在一定条件下，电阻器能长期连续负荷而不改变性能的允许功率。额定功率一般用数字印在电阻器的表面上。如果无此标示，可由电阻器的体积大致判断其额定功率的大小。如1/8W电阻器的外形尺寸长为8mm、直径为2.5mm；1/4W电阻器的外形尺寸长为12mm、直径为2.5mm。4．电阻器的标注方法及识别（1）直接标注法用阿拉伯数字和单位符号（Ω、kΩ、MΩ等）在电阻体表面直接标出阻值，用百分数直接标出允许偏差的方法称为直接标注法。（2）文字符号法用阿拉伯数字和文字符号有规律的组合，表示标称阻值和允许误差的方法称为文字符号法。其标称阻值的组合规律是：阻值单位用文字符号，即用R表示欧姆，用k表示千欧，用M表示兆欧；阻值的整数部分写在阻值单位标志符号前面，阻值的小数部分写在阻值单位标志符号后面。阻值单位符号位置代表标称阻值有效数字中小数点所在位置。文字符号允许偏差一般用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示。（3）色环标注法用不同的色环标注在电阻体上，表示电阻器的标称阻值和允许偏差的一种标注方法。色标法在家用电器和音像设备中的电阻器上应用极为广泛。部分进口电阻器及常使用的碳膜电阻器均采用这种标注方法。常见的色环标注法有四色环法和五色环法两种。四色环法一般用于普通电阻器的标注，在四色环法中，最靠近电阻器一端的第一条色环的颜色表示第一位数字；第二条色环的颜色表示第二位数字；第三条色环的颜色表示乘数；第四条色环的颜色表示允许误差，如图4-1（a）所示。五色环法一般用于精密电阻器的标注，在五色环法中，第一、二、三条色环表示的是第一、二、三位数，第四条表示乘数，第五条表示允许误差，如图4-1（b）所示。四条色环的电阻器色标符号规定如表4-2所列。二、电容器1．电容的型号及命名方法根据国家标准，电容的型号命名一般由主称、材料、特征和序号四部分组成。例如，电容CJX—250—0.33—±10%各部分的含义为：2．电容的分类电容器的种类很多，按照不同的分类标准，可以分成不同的类型。（1）按电容量是否可调分类有固定电容器、可变电容器和半可变电容器。（2）按介质材料分类①电解电容器：以铝、钽、铌、钛等金属氧化膜作介质的电容器。②云母电容器：以云母片作介质的电容器。③瓷介质电容器：以高介电常数、低损耗的陶瓷材料为介质做成的电容器。此外，还有玻璃釉电容器、纸介电容器、有机薄膜电容器等。3．电容器的主要技术指标（1）电容量电容量是指电容器加上一定的电压后储存电荷的能力，用字母C表示。（2）标称电容量标称电容量是指标注在电容器上的“名义”电容量。（3）允许误差允许误差是指实际电容量对于标称电容量的最大允许偏差范围。（4）额定工作电压额定工作电压是指电容器接入电路后，能够长期可靠地工作，不被击穿所能承受的最大直流电压。（5）漏电阻和漏电流由于电容器中的介质并不是绝对的绝缘体，在外电压作用下，总会有些漏电流，并产生功率损耗。除电解电容外，一般的电容的漏电电流是很小的。显然，电容器的漏电电流越大，绝缘电阻越小。当漏电电流较大时，电容器会发热，严重时会损坏电容器。（6）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。4．电容器容量的标注及识别方法（1）直标法将标称容量直接标注在电容器上的一种标注方法。容量单位有：F（法拉）、mF（毫法）、μF（微法）、nF（纳法）、pF（皮法）。这里有两种情况，一种是标有单位，则直接读取，如标有“620pF”的电容器就表示容量为620pF。另一种是没标单位，其读法是：凡容量大于1的无极性电容器，其容量单位为pF，如4700表示容量为4700pF；凡容量小于1的无极性电容器，其容量电位为μF，如0.01表示容量为0.01μF。凡有极性电容器，容量单位为μF，如10表示容量为10μF。（2）文字符号法文字符号法是将容量的整数部分标注在容量单位的前面，容量的小数部分标注在单位后面，容量单位所占位置就是小数点的位置。如4n7就表示容量为4.7nF（4700pF）。若在数字前标注有R字样，则容量为零点几微法。如R47就表示容量为0.47μF。四、电感器电感器又称电感线圈，简称电感。其应用范围很广泛，在调谐、振荡、耦合、匹配、滤波、延迟、补偿及偏转聚焦等电路中，都是必不可少的。1．电感的型号及命名方法电感线圈的命名方法目前有两种，采用汉语拼音字母或阿拉伯数字串表示。电感器的型号命名包括四个部分，这四部分的含义分别为：2．电感的分类电感的种类很多，分类方法也不同。按照电感量是否固定可分为固定电感、可变电感、微调电感；按结构特点分为单层电感线圈、多层电感线圈、蜂房式电感线圈等。按照电感器芯子介质材料的不同分为空心线圈、铁心线圈和磁心线圈等。3．电感的识别方法（1）直标法直标法是指将电感的主要参数，如电感量、误差值、最大直流工作电流等用文字直接标注在电感的外壳上。（2）色标法色标法是指在电感的外壳涂上各种不同颜色的环，用来标注其主要参数。识读色环时，最靠近某一端的第一条色环表示电感量的第一位有效数字；第二条色环表示第二位有效数字；第三条色环表示10n倍乘数；第四条表示误差。其数字与颜色的对应关系和色环电阻标注法相同，单位为微亨（µH）。例如，某一电感的色环标志依次为：棕、红、红、银，则表示其电感量为12×102µH，允许误差为±10%。

4．电感的主要参数电感的主要参数有三个，即电感量、品质因数和分布电容。（1）电感量电感线圈的电感量L，表示线圈产生自感应的能力的大小。它的定义是，当线圈中及其周围不存在铁磁物质时，通过线圈的磁通量与流过线圈的电流成正比，这个比值称为线圈的电感量。（2）品质因数线圈的品质因数Q也叫Q值，是表征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阻之比，即在谐振电路中，线圈的Q值越高，回路的损耗越小，因而电路的效率越高。线圈的Q值通常为几十至几百。（3）分布电容由于制作工艺的原因，电感线圈的匝与匝之间密切接触，存在着一定的分布电容，在高频时会使线圈的稳定性变差。因此分布电容越小越好。电抗的特性一般都随频率的变化而变化。由于感抗与频率成正比，容抗与频率成反比，因此在直流时，电感性器件的电抗为零，电容性器件的电抗为无穷大。图4-3所示是三种无源元件电阻、电容、电感的理想模型。实际的元件时复杂的，每一种元器件在高频时都会在不同程度上显示所有三种特性。图4-4所示即为电阻、电容、电感的实际等效电路。二、电阻器的测量

1．电阻的频率特性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，即图4-3（a）中忽略L0和C0的影响，此时，只需测出R的值就可以了。当工作频率升高时，电抗分量就不能忽略不计了，等效电路即为图4-4（a）所示的形式。此时，工作于交流电路的电阻的阻值，由于集肤效应，涡流损耗、绝缘损耗等原因，其等效电阻随频率的不同而不同。实验证明，当频率在1kHz以下时，电阻的交流与直流阻值相差不超过1×10-4Ω，随着频率的升高，其差值也随之增大。2．电阻的测量方法（1）万用表测量电阻模拟万用表和数字万用表均有电阻测量挡。模拟万用表的电阻测量原理基本与伏安法测量电阻相同。万用表内部有电池作为电压源，当被测电阻接于两表笔之间，表头中会有与被测电阻成正比的电流流过，表头指针指示出对应的电阻值。（2）电桥法测量电阻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4-5所示，它是一种四臂的直流电桥。其中R1、R2时固定电阻，称为比率臂，比例系数k=R1/R2，可通过量程开关进行调节；RN为标准电阻，称为标注臂；RX为被测电阻；G为检流计。测量时，接上被测电阻RX，再接通电源，通过调节k和RN，使电桥平衡，即检流计指示为0，此时，读出k和RN的值，即可求得RX。三、电容器的测量1．电容器的频率特性由于绝缘电阻和引线电感的存在，电容器的实际等效电路即为图4-4（b）所示的形式。在工作频率较低时，可以忽略L0的影响。因此，电容器的测量主要是电容量与电容器损耗因数D的测量。2．电容器性能的测量对电解电容器的性能测量，最主要的是容量和漏电电流的测量，若电容的正、负极标志脱落，还应进行极性的判别。但用模拟式万用表的电阻挡测量，不能测出电容容量和漏电电阻的确切数值，也不能知道电容器所能承受的耐压，只能对电容器的好坏程度进行粗略判断，在实际工作中经常使用估测法。

（1）估测电容的漏电电流估测电容的漏电电流可按万用表电阻挡测电阻的方法来估测。黑表笔接电容器的“+”极，红表笔接电容器的“-”极.测量的方法：

在电容与表笔相接的瞬间，表针会迅速向右偏转很大的角度，然后慢慢退回。待指针不动时，指示的电阻值越大，表示漏电电流越小。若指针向右偏转后不再摆回，说明电容击穿；若指针根本不向右摆动，说明电容器内部断路或电解质已干涸失去容量。（2）判断电容的极性上述测量电容器漏电的方法，还可以用来鉴别电容器的正、负极。对失掉正、负极标志的电解电容量，可先假定某极为“+”极，让其与万用表的黑表笔相接，另一个电极与万用表的红表笔相接，同时观察并记录表针向右摆动的幅度；将电容放电后，两只表笔对调，重新进行测量。哪一表针最后停留的摆动幅度小，说明该次测量中对电容的正、负极假设是对的。3．电容器电容量的测量方法（1）谐振法测量电容量由电工学可知，电感与电容可以组成谐振电路，谐振时电路中的感抗和容抗相等，电抗为零。若已知激励源频率，且电感与电容中有一个为已知量，则可测出另一个量。测量电路如图4-7所示，图中uS为激励信号源，L为标准电感，CS为标准电感的分布电容，RS为信号源内阻，CX为被测电容。测量时可反复调节信号源频率，使电压表读数最大，这时信号源的频率为f0，则当回路达到谐振时，有且回路总阻抗为零，即②并联电桥测量法在图4-8（b）所示的并联电桥中，调节RN和CN使电桥平衡，此时，被测电容的容量CX和被测电容的等效并联损耗电阻RX的计算方法与串联电桥的计算方法相同。而此时的损耗因数需用下式计算（3）电容的数字化测量方法现代电子测量技术中常用转换法来对电容进行较为精确的测量。其基本思想是：将电容接入电子线路，通过测量由于电容的变化而引起的其他量的变化，来确定电容的值。如图4-9所示。更为一般的是采用电容-电压转换电路对电容进行数字化测量，该转换电路如图4-10所示。图中CX与RX为被测电容，R1为已知标准电阻，u（t）为测量用正弦信号源，其有效值为US，运算放大器的输出与输入之间用复数表示的电压传递函数为输出电压的实数部分与虚数部分可以被分离并计算出来，分别用Ur与UI表示，则由所以有（2）交流电桥法测量电感测量电感的交流电桥有马氏电桥和海氏电桥两种，分别适用于测量品质因数不同的电感。①马氏电桥马氏电桥电路如图4-12（a）所示，由电桥平衡条件可得②海氏电桥海氏电桥电路如图4-12（b）所示，同样由电桥平衡条件可得

没量电感时，桥体连接如图a，被测电感接在1、2两端，LX是它的电感量，RX是它的等效串联损耗电阻。当电桥平衡时，由平衡条件可以导出上面的式子。海氏电桥与马氏电桥一样，由R3选择量程，从R2的刻度直接读出LX的值，由RN的刻度可直接读出QX值。海氏电桥适用于测量Q＞10的电感。用电桥测量电感时，首先应估计被测电感的Q值以确定电桥的类型；再根据被测电感量的范围选择量程（R3），然后反复调节R2和RN，使检流计G的读数最小，这时即可从R2和RN的刻度读出被测电感的LX值和QX值。（3）用谐振电路测量电感测量电路如图4-13所示。图中，LX为被测电感，C0为电感分布电容，C为标准电容。测量时，首先调节信号源的频率，使电压表的读数为最大值，记下此时频率为f1，这时有所以有

4.3有源器件简介

一、晶体二极管晶体二极管是晶体管的主要类型之一，它是采用半导体晶体材料（如硅、锗、砷化镓等）制成的，广泛用于高频信号检波、低频电源整流和脉冲电路中。1．二极管的主要特性

二极管最主要的特性是单向导电性，即二极管正向偏置时导通；反向偏置时截止。2．二极管的分类二极管种类繁多，具体分类情况如下：1.按制造材料分类，主要有硅二极管和锗二极管；2.按其结构分类，有点接触型和面接触型二极管；3.按封装形式分类，有玻璃外壳、金属外壳、塑料外壳和环氧树脂外壳二极管；4.按用途分类，主要有普通二极管、整流二极管、开关二极管、稳压二极管、发光二极管、光电二极管、变容二极管和隧道二极管等。小图4-14从左到右是从小功率到大功率的各种二极管封装形式。3．二极管的型号及命名方法按照国家标准GB249-74规定的中国半导体器件型号命名法命名，国产二极管的型号由五个部分组成，见表4-3。例如：2CP12是N型硅制作的普通二极管。2CZ14是N型硅制作的整流二极管。2CZ14F是2CZ14型整流管系列中的F挡。4．二极管的主要参数（1）最大整流电流IF指二极管长期运行时，允许通过管子的最大正向平均电流。使用时，管子的平均电流不得超过此值，否则可能使二极管过热而损坏。（2）最高反向工作电压UR工作时加在二极管两端的反向电压不得超过此值，否则二极管可能被击穿。为了留有余地，通常将击穿电压UBR的一半定为UR。（3）反向电流IRIR是指在室温条件下，在二极管两端加上规定的反向电压时，流过管子的反向电流。通常希望IR值愈小愈好。反向电流愈小，说明二极管的单向导电性愈好。此时，由于反向电流是由少数载流子形成，所以IR受温度的影响很大。（4）最高工作频率fM由于PN结存在结电容，它的存在限制了二极管的工作频率，因此如果通过二极管的信号频率超过管子的最高工作频率fM，则结电容的容抗变小，高频电流将直接从结电容上通过，管子的单向导电性变差。归纳总结二极管1.二极管符号：D2.特性：单向导通3.作用：稳压、整流、开关稳定二极管：利用二极管反向击穿时，二端电压不变的原理来实现稳压限幅，过载保护。整流二极管：用硅半导体制成，利用PN结单向导电性把交流变成直流，即整流。开关二极管：利用正向偏置时二极管电阻很小，反向偏置时电阻很大的单向导电性，在电路中对电流进行控制起到接通或关断作用。4.二极管按材料分类（1）硅二极管（导通电压为0.7V）。（2）锗二极管（导通电压为0.3v).例如：输入3.3V的电压给二极管的P极在二极管的另一端N极量测电压值为3.0V，因为锗二极管导通电压为0.3v,也就是有0.3v功耗，所以在N极量测电压值为3.0V5.二极管好坏判断（在路测量不准确时再取下来测量）：万用表调到二极管档，红笔接二极管正极，黑笔接负极，测出来有阻值150~700欧，反向无穷大“1”就是好的（在路测量反向阻值在1000多欧以上或“1”也是好的。三、晶体三极管

晶体三极管也称为双极型晶体管或三极管，它具有结构牢固、体积小、重量轻、适用寿命长、耗电省等优点，在电子电路中能够起放大、振荡、调制等多种作用。1．三极管的分类三极管的种类很多，具体分类情况如下。1.按制造材料分类，有锗三极管和硅三极管；2.按PN结的组合分，有NPN型和PNP型三极管；3.按制造工艺分，有低频锗合金管、高频锗合金扩散台面管和硅外延平面管；4.按工作频率分，有高频管（fT＞3MHz）和低频管（fT＜3MHz）；5.按功率分，有大功率管（PC＞1W）、中功率管（PC在0.5～1W）和小功率管（PC＜1W）；6.按封装形式分，有玻璃壳封装管、金属壳封装管、陶瓷环氧封装管、塑料封装管等。功率大小不同的三极管有着不同的体积和封装形式。2．三极管的型号和命名方法三极管按国家标准GB249-74规定的中国半导体器件型号命名法命名。国产三极管的型号由五个部分组成，见表4-4。例如：3DG6是NPN硅高频小功率三极管；3DG12C是另一种NPN硅高频小功率三极管中的C挡；3AD30是PNP锗低频大功率三极管。表4-4的第二栏、第三栏是三极管的常用类型。3．三极管的主要参数（1）电流放大系数β三极管的电流放大系数是表征管子放大作用大小的参数。主要有以下几个参数：共射交流电流放大系数β和共射直流电流放大系数β

。（2）极限参数三极管的极限参数是指使用时不得超过的限度。主要有以下几项：①集电极最大允许电流ICM

②集电极最大允许功耗PCM③反向击穿电压U（BR）CEO：基极开路时，集电极和发射极之间的反向击穿电压。U（BR）CBO：发射极开路时，集电极和基极之间的反向击穿电压。如何判断三极管是什么类型：（取下来测）NPN：万用表打到二极管档，先用红笔去接B极，黑笔分别去接剩下的C极和 E极，如果测得两次都有阻值且在600欧左右，表明此管为NPN型。PNP：万用表打到二极管档，先用黑笔去接B极，红笔分别去接剩下的C 极和E极，如果测得两次都有阻值在600欧左右表明此管为PNP。好坏判断：（在路测量不准确时，才取下来测）万用表打到二极管档测量，只能B/C和B/E正向有阻值400~700欧，反向无穷大（1），另外C/E正反向都为无穷大（1）就是好的。三、场效应晶体管场效应晶体管，简称场效应管（FET，FieldEffectTransistor），它是用半导体材料制成的一种三极管，但工作原理与普通半导体三极管不同，场效应管是电压控制器件。它具有输入阻抗高、噪声系数低、热稳定性好、功率增益大、开关速度快、高频特性好等优点，在电子电路中得到了广泛应用。1．场效应管的分类场效应管分为两大类：一类是结型场效应管JFET（JunctionFET），另一类是绝缘栅型场效应管IGFET（InsulatedGateFET）。而按导电沟道分，每一类场效应管都有P沟道和N沟道两种。绝缘栅型场效应管由金属、氧化物和半导体构成，一般称为MOS（MetalOxideSemiconductor）管，目前在大规模和超大规模集成电路中使用非常广泛。绝缘栅型场效应管可分为增强型和耗尽型两类，两者的区别是前者没有原始的导电沟道，后者有原始的导电沟道。2．场效应管的主要参数（1）夹断电压UP（耗尽型）（2）开启电压UT（增强型）（3）饱和漏电流IDSS（4）最大漏源电压U（BR）DS（5）最大栅源电压U（BR）GS（6）直流输入电阻RGS（7）输出电阻rd（8）低频跨导gm四、晶闸管晶闸管是硅可控整流器件的简称，缩写为SCR(SiljconControlledRectifier)，它是一种大功率的电力电子半导体器件，在电路中相当于一个可以控制接通回路的导电开关，具有体积小、重量轻、耐压高、功率大及效率高等优点。主要用于交流无触点开关、电机调速、调压、控温、稳压及可控整流等方面。晶闸管由四层半导体材料组成，四层材料由P型半导体和N型半导体交替组成，分别为P1、N1、P2和N2，它们的接触面形成三个PN结，分别为J1、J2和J3，故晶闸管也称为四层器件或PNPN器件。P1区的引出线为阳极A，N2区的引出线为阴极K，P2区的引出线为门极G（也称控制极）。1．晶闸管的分类晶闸管按是否具有自关断能力分为半控型器件和全控型器件两类。其中半控型器件属非自关断型，包括单向晶闸管、快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管和光控晶闸管；全控型器件属自关断型，主要包括门极可关断晶闸管、场控晶闸管和静电感应晶闸管。2．晶闸管的主要参数（1）额定正向平均电流IF在环境温度小于40oC和标准散热条件下，允许连续通过晶闸管阳极的工频（50Hz）正弦波半波电流的平均值。（2）维持电流IH

在门极开路且规定的环境温度下，晶闸管维持导通时的最小阳极电流。正向电流小于IH时，管子自动阻断。（3）触发电压Ug和触发电流Ig在室温下，阳极电压为6V时，使晶闸管从阻断到完全导通所需最小的门极直流电压和电流，一般Ug为1～5V，Ig为几十至几百毫安。（4）正向重复峰值电压UDRM门极开路条件下，允许重复作用在晶闸管上的最大正向电压。一般UDRM=UBO×80%，UBO是晶闸管在Ig为零时的转折电压。（5）反向重复峰值电压URRM门极开路的条件下，允许重复作用在晶闸管上的最大反向电压。一般URRM=UBR×80%。除以上参数外，还有正向平均电流、门极反向电压等。五、集成电路

集成电路是将电路中的所有有源元件（二极管、三极管、场效应管等）和无源元件（电阻器、电容器等）以及连线等制作在半导体基片上，形成一个具备一定功能的完整电路，并封装在特制的外壳中而制成的。它具有体积小、重量轻、功耗小、性能好、可靠性高、电路稳定等优点，被广泛用于电子产品中。1．集成电路的分类集成电路有模拟集成电路和数字集成电路两大类型。按集成电路制造工艺的差异:分为半导体集成电路厚膜集成电路薄膜集成电路混合集成电路目前，半导体集成电路运用最多。半导体集成电路按其集成度的高低，分为小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路。2．集成电路型号命名方法集成电路型号命名法根据国家标准执行，每个型号由五部分组成，各组成部分的含义如表4-5所列。3．集成电路引脚识别集成电路的封装形式无论是圆壳封装、扁平封装、单列直插封装或双列直插封装，其引脚排列均有一定规律。具体识别方法如下：（1）金属圆壳封装圆形结构的集成电路形似晶体管，体积大，外壳用金属封装，引脚有3、5、8、10多种。识别时将管底对准自己，从管键开始顺时针方向读管脚序号。（2）扁平封装这种封装形式常为数字电路所采用。引脚识别方法为：把集成电路引脚朝下，从外壳顶端看，将其标记（色点、切口、凹槽等）置于正面左方位置，由左下角起按逆时针方向数起，依次为1、2、3……引脚。如无任何标记，应将印有型号的一面正对着自己，按上述方法读出各引脚序号。（3）单列直插封装这种封装其引脚只有一列。识别方法为：以明显标记（如色点、孔、商标、凹槽和缺角等）来表示第一个引脚的位置，其他引脚按从左到右1、2、3、4……排序。（4）双列直插封装指集成电路被封装在长方形的外壳内，它有两排引脚，引脚有8、14、16、24……多种，一般数字、模拟电路以及一些专用电路均采用这种封装。引脚识别：将引脚朝下，其型号、商标正放，由左下角按逆时针方向数起，依次为1、2、3……引脚序号。4.4有源器件的测量一、晶体二极管的测量PN结的单向导电性时进行二极管测量的根本依据。

1．用模拟式万用表测量二极管对二极管进行检测，主要是鉴别它的正、负极性及其单向导电性能。模拟式万用表欧姆挡测量二极管时，万用表面板上标有“+”号的端子接红色表笔，对应于万用表内部电池的负极，而面板上标有“-”号的端子接黑色表笔，对应于万用表内部电池的正极。测量小功率二极管时，万用表置于“×100Ω”挡或“×1kΩ”挡。万用表的“×1Ω”挡的输出电流过大，“×10kΩ”挡的输出电压过大，两者都可能损坏被测二极管，对于面接触型大电流整流二极管可用“×1Ω”或“×10kΩ”挡位进行测量。（1）正、反向电阻的测量通常小功率锗二极管的正向电阻值为300～500Ω，硅管为1kΩ或更大些。锗管反向电阻为几十千欧，硅管反向电阻在500kΩ以上（大功率二极管的数值要小得多）。正反向电阻的差值越大越好。测量时，将二极管与万用表的表笔相接，万用表指示出一个电阻值；将万用表的表笔对换，再接二极管，此次所测得的电阻必然与上次测量结果不相等，其中万用表指示的较小的电阻值为二极管的正向电阻，指示值较大的电阻为二极管的反向电阻。（2）极性的判别根据二极管正向电阻小、反向电阻大的特点可判别二极管的极性。表笔分别与二极管的两极相连，测出两个阻值，在测得阻值较小的一次测量中，与黑表笔相接的一端为二极管的正极，与红表笔相接的一端为二极管负极。同理，在测得阻值较大的一次测量中，与黑表笔相接的一端就是二极管的负极，另一端是二极管正极。如果测得的反向电阻很小，说明二极管内部已短路；若测得正向电阻很大，则说明二极管内部已断路。（3）管型的判别根据硅、锗二极管正向导通压降不同的特点可以判别被测二极管的管型。方法是：在干电池（1.5V）或稳压电源的一端串一个电阻（约1kΩ），同时二极管按正向接法与电阻相连接，使二极管正向导通，然后用万用表的直流电压挡测量二极管两端的管压降UD，如果测到的UD约为0.6～0.7V，则为硅管；如果测到的UD约为0.1～0.3V，则为锗管。二极管管型判别连线图如图4-15所示。2．用数字式万用表测量二极管一般的数字万用表都有二极管测试挡，例如VC9801A等。与模拟万用表测量二极管根本不同，它将二极管作为一个分压器来检测，当二极管的正、负极与数字万用表红、黑表笔相接时，二极管正向导通，万用表指示出二极管的正向导通电压。若将数字万用表的表笔对调一下，二极管不导通，万用表上显示的是2.8V的电压。3．用晶体管图示仪测量二极管晶体管图示仪可以显示二极管的伏安特性曲线。例如，测量二极管的正向伏安特性曲线，首先将图示仪荧光屏上的光点置于坐标左下角，峰值电压范围置0～20V，集电极扫描电压极性置于“+“，功耗电阻置1kΩ，X轴集电极电压置“0.1V/度”，Y轴集电极电流置“5mA/度”，Y轴倍率置“×1”，将二极管的正负极分别接在面板上的C和E接线柱上，缓慢调节峰值电压旋钮，即可得到二极管正向伏安特性曲线。从屏幕显示图可以直接读出二极管的导通电压。二、晶体三极管的测量三极管的测量主要包括两部分，一部分是晶体管作为独立器件的重要参数的测定，另一部分时晶体管电路特性的测量。无论是NPN型三极管还是PNP型三极管，其内部都存在两个PN结，即发射结（b-e）和集电结（c-b），基极处于公共位置。利用PN结的单向导电性，用前面介绍的判别二极管的方法，可以很容易地用模拟万用表找出三极管的三个电极，并判断其导电类型是NPN型还是PNP型。

1．用模拟式万用表测量三极管（1）基极及管子类型的判定由于基极与发射极、基极与集电极之间分别是一个PN结，而PN结的反向电阻值很大，正向电阻很少，因此，可用万用表的“×100Ω”挡或“×1kΩ”挡进行测试。先将黑表笔接晶体管的一极，然后将红表笔先后接其余的两个极，若两次测得的电阻都很小，则黑表笔接的是NPN型管子的基极；若两次测得的阻值一大一小，则黑表笔所接的电极不是三极管的基极，应另接一个电极重新测量，以便确定管子的基极；将红表笔接晶体三极管的某一极，黑表笔先后接其余的两个极，若两次测得的电阻都很小，则红表笔接的电极为PNP型管子的基极。（2）集电极和发射极的判定已知三极管为NPN型管。如2脚为b极，则先将1脚假定为c极，3脚假定为e极，把黑表笔接到假定的c极，红表笔接到假定的e极，在假定的b、c极之间接入100kΩ的偏置电阻。读出c、e极间的电阻值，如图4-16所示。然后将1、3两脚反接重测（即将3脚假定为c极，1脚假定为e极），并与前一次读数比较。若第一次阻值小，则原来的假定是对的，即黑表笔接的是c极，红表笔接的是e极。这是因为集电结较大，正偏导通时电流也较大，所以电阻稍小一点。（3）三极管性能的测试以NPN型管子为例。用万用表的黑表笔接管子的基极，红表笔接另外两极，测得的电阻都很小；用红表笔接基极，黑表笔接另外两极，测得的电阻都很大，则此三极管是好的，否则就是坏的。PNP型管子的判别方法与NPN型管子相同，但极性相反。2．用数字式万用表测量三极管一般的数字式万用表都有测量三极管的功能（例如DT-9909C型万用表）。在已知管子的类型时NPN型和PNP型后，将三极管插入测试孔中就可以从表头读出β值。依据三极管处于放大状态时β值较大的特点，从万用表插孔旁的标记就可以直接辨别出晶体管的发射极和集电极。3．用晶体管特性图示仪测量三极管用万用表只能测三极管的好坏，而用晶体管特性图示仪可以测得三极管的多种特性曲线和相应的参数，以直观地判断三极管的性能。所以晶体管特性图示仪在实际中得到广泛应用。三、场效应管的测量1．结型场效应管的测量（1）栅极G和沟道类型的判定结型场效应管三个电极分别为栅极G、源极S和漏极D，在G-S、G-D之间都有一个PN结，栅极对源极和漏极是对称结构。因此，用数字万用表的电阻挡或二极管挡进行判别。将数字万用表拨至二极管挡，红表笔固定接某一电极，黑表笔依次接触另外两个电极，如果两次测量均显示0.7V左右，说明红表笔接的是栅极G，且管子属N型沟道。若两次测量均显示溢出符号“1”，说明红表笔接的也是栅极，但管子属于P型沟道。若一次显示溢出，另一次显示数值，证明红表笔接的不是栅极，应更换电极重测。（2）判定S、D极并估测跨导gm用数字万用表的hFE挡判别S、D极，并能估测结型场效应管的跨导gm，测量时，对于N沟道管子，D极应插电源正极，S极接电源负极；P沟道管则相反。现以N沟道管为例说明。将数字万用表拨至hFE插口的NPN型挡位，这时C孔带正电，E孔带负电。将栅极悬空，假定的源极D插C孔，源极S插入E孔。此时hFE挡的显示值为I1（对应于漏极电流ID）为几十到一百几十。然后把栅极G插入B孔，又得到另一个值I2（G插入B孔后，hFE挡测量电路中基极偏置电阻给G提供电压值，从而使被测场效应管进入放大状态，ID迅速增大）。若I2明显增大，且数字稳定（增加的数字愈多，说明管子的跨导愈大）。则说明被测场效应管为正常接法，即插入C孔的是D极，插入E孔的是S极。若I2值增加不大，说明被测管子的D、S极接反。（3）场效应管质量性能的判别在上述测量中，当G悬空时，若数字万用表显示值为“000”，则说明被测管D-S极间开路，使ID=0；若显示溢出符号“1”，说明D-S极间短路。在栅极G悬空前后，若两次测得的值相差较大，说明被测场效应管质量性能良好。用同样方法可以判别P沟道场效应管。2．绝缘栅场效应管的测量（1）判别管脚电极可用数字万用表的二极管挡或模拟式万用表的电阻挡进行测量。（2）质量性能的检测在上述测量过程中，若被测管子是好的，则测得的G-D之间，G-S之间的电阻均应为无穷大；若测量的值不大或为零，说明该场效应管被击穿，不可再用。（3）跨导的估测用数字万用表hFE插口估测管子的跨导值。对于N沟道绝缘栅场效应管，将万用表拨至hFE插口的NPN挡，将D、S极分别插入NPN挡的C孔和E孔，当G悬空时，显示值为I1；再把G极插入B孔，显示值为I2，由此可估算gm。四、晶闸管的测量下面以单向晶闸管为例介绍测量方法。1．各电极的判别可以用模拟式万用表的电阻挡或数字万用表的二极管挡及hFE挡进行检测。若将数字万用表拨至二极管挡，红表笔接某一电极，黑表笔依次接触另外两个电极。如果有一次显示电压为1V以下，说明此时红表笔接的时控制极G，黑表笔接的是阴极K，剩下的一个则是阳极A。如果两次都显示溢出符号“1”，说明红表笔接的不是控制极G，需更换其他电极重测。2．触发能力的检测用模拟式万用表的电阻挡或数字万用表hFE插口的PNP挡检测。将数字万用表拨至hFE插口的PNP挡，此时C孔带负电，两个E孔带正电，基准电压为2.8V。阳极A，阴极K经导线引出后分别插入E孔和C孔，G悬空，此时，可控硅关断，显示为“000”，阳极电流为零；再将G插入另一个E孔，显示值立即从“000”开始迅速增加，直到显示溢出符号“1”，立即又变成“000”，然后再次从“000”跳变到“1”，重复进行。此时，晶闸管导通，阳极流过的电流剧增。拨下A和G的引线，又重新显示“000”，说明可控硅已关断。重复上述操作，以确定可控硅的触发是否正常。3．质量性能的检测用模拟式万用表的电阻挡可以检测晶闸管的质量性能。根据各电极间正、反向电阻值的大小进行判别。在K-A极之间：若，说明被测管K、A极之间三个PN结正常；若，说明被测管K、A极之间三个PN结被击穿；若两者与数值相差很大，说明被测管K、A极之间三个PN结已击穿；若两者都不大，说明该晶闸管截止时漏电流较大。同理，根据K-G极之间以及A-G极之间正、反向阻值的大小判别晶闸管的质量性能。五、集成电路的测试

1．中小规模集成电路的一般测试（1）模拟集成电路的测试模拟集成电路是相对于数字逻辑电路的另一类集成电路，其特点是主要处理模拟信号，这类集成电路也包括一些转换器，如光-电信号转换芯片、模拟信号-数字信号转换芯片等。模拟芯片的应用场合特别广泛，每个细分的电子领域都有一批芯片，如电源领域的集成稳定器与PWM控制器，滤波领域的有源滤波器，信号传输领域的运算放大器、宽带放大器、调制器等。

1）线性芯片的测试

运算放大器开环输入阻抗的测量运算放大器的输入阻抗由两输入端之间和每个输入端与地之间的阻抗组成，如图4-18所示。Rin

称为差分输入阻抗，RC称为共模输入阻抗。当作为反相放大器适用时，同相输入端接地，RC＞＞Rin

，可以近似认为差分输入阻抗即为输入阻抗。测量运算放大器开环输入阻抗的电路如图4-19所示。为了避免运算放大器在开环状态上由于输入失调电压的影响处于饱和状态，首先调节电位器RP，使运算放大器输出的直流电压为0±0.1V，然后调节信号发生器的输出电压US，使运算放大器输出交流电压Uo的值在1V附近，记为Uo1。第二步，将图4-19中两个RX的电阻换成两个1kΩ的电阻，测得运算放大器的输出交流电压为Uo2，从而有

运算放大器开环增益Au的测量

Au的测量方法仍采用如图4-19所示的测量运算放大器的输入阻抗的方法。由于，且所以有

运算放大器转换速率Sr的测量运算放大器能够将正弦信号转化为矩形波，这种大信号工作特性一般用Sr来表征，可以用示波器来测量，具体测量电路如图4-20所示。U（t）为低频（100Hz）方波，。集成芯片的在线测试：（a）电阻测量法（b）电压测量法（c）信号注入法下面以调频信号解调芯片upc1353为例（2）数字集成电路的测试数字集成电路处理的是以0、1为特征的数字电压。数字集成电路的电特性主要是数字电路的电特性，最主要的有输入/输出电平、输入/输出电流、转换时间、延迟时间、功率消耗等。这些电特性的测试，完全可以参照模拟集成电路的方法，按照技术要求设置电路工作条件，然后选用合适的测试仪器来完成。数字集成电路的功能，主要体现在逻辑关系与时序关系上。这方面的测试可以选用集成电路测试仪进行便捷的测试，也可以选用逻辑分析仪进行仔细的研究。除专用的集成电路测试仪外，在工程应用中，对于常用的中小规模数字集成电路，常常用通用编程器进行功能测试，如普遍使用的SUPERPRO系列、ALL11P、LABTOOL-48等，这是一种能对MTP/OTP单片机、EEPROM、FLASHROM、GAL、PAL、PLD、EPLD、RAM等近万种常用数字集成电路进行编程与测试的工具，支持8～300个引脚、多种封装、多种供电电压，并可对74/75系列、CMOS4000系列、常用RAM等进行逻辑功能测试，其价格低廉、适用方便，支持的可编程芯片在不断增加，因而在产品开发、生产、维修等场合得到了十分广泛的应用。2．集成电路测试仪集成电路测试仪（或测试系统）是用于集成电路设计、验证、生产测试的专用仪器（系统），按测试门类可分为数字集成电路测试仪、存储器测试仪、模拟与混合信号电路测试仪、在线测试系统和验证系统等。由于这些测试仪的测试对象、测试方法以及测试内容都存在差异，因此各系统的结构、配置和技术性能差别较大。下面以YB3111型数字集成电路测试仪为例加以介绍。（1）主要特点YB3111型数字集成电路测试仪是一种由微处理器控制的智能化测量仪器，能在较短的时间内测试出器件的好坏，能自动识别并显示出被测器件的型号。该测试仪具有以下主要特点：①采用微处理器控制工作，测试结果精确，自动化程度高。②能对近900种54/57系列的TTL数字集成电路进行测试（封装形式分为14、16、20双列直插）。③能以PASS（合格）、FALL（不合格）、OVERCURRENT（耗电流超标准）形式指示出被测器件的好坏。④具有连续测试功能，特别适用于对器件的老化或稳定状况进行监测。⑤能对型号无法辨认的器件自动加以测试并显示型号。⑥具有自动保护功能，可避免因器件内部短路而造成仪器损坏。⑦具有自我检测功能。（2）使用方法YB3111型数字集成电路测试仪的面板图如图4-23所示。①开机测试：接通电源后，仪器即进入自行测试状态，此时仪器面板上的所有指示灯及数码管点亮，数秒钟后指示灯熄灭（电源指示灯除外），数码管显示出“0—6”字样。若“FALL”灯闪烁，表示机内ROM芯片损坏；若“FALL”灯、“PASS”灯及“OVERCURRENT”灯闪烁，表示机内RAM芯片损坏。出现上述两种情况时，仪器不能使用。②自我测试：测试TTL集成电路之前，用户可先对本机进行自我测试，其过程可分为以下两步。第一步，由键盘键入“999N”，若数码管显示“60—”，表示测试仪正常；若显示“F××”，表示测试仪有故障，应予以修理（××为故障编号）。第二步，待第一步合格后，可将自测辅助器件插入仪器面板上的IC插座（辅助器件由仪器生产厂家提供，器件上面的白色点为第一脚），扳动IC插座上的横杆，按动“N”键。若数码管全灭，“PASS”灯亮，表示测试仪正常，可结束自测工作，取下辅助器件，准备正式测试；若“FALL”灯亮，同时数码管显示“F××”，表示测试仪有故障，不能测试。③IC（集成电路）测试：有以下三种方法。方法一，常规测试：将待测IC插入IC插座（上面有缺口的一端朝上），扳动横杆，由键盘键入IC型号中的序号，再键入“N”，即可测试出该IC的好坏。以测试74LS01为例，先键入“01”（数码管显示出“01”），再键入“N”，此时仪器将按下列的三种情况之一报告测试结果.“PASS”灯亮——表示被测IC合格。“FALL”灯亮——表示被测IC不合格。“FALL”灯和“OVERCURRENT”灯亮——表示被测IC内部有短路或所耗电流超过正常值。需要指出，当用户测试一批相同型号的IC时，每次换测IC只要按动“N”键即可，无须再键入IC序号。另外，若键入的IC序号超出本仪器的指定范围，则当做空号处理，数码管将显示出“—E—”字样。再者，对下列指定的两类IC，键入序号时须加前缀。74H01、7451、74S51、74H51、74H54、74H71、7473、74L73、74H73、7476、74H76、74H78.上述12种IC在键入序号时须加前缀“9”，例如，74H01应键入“901”，7476应键入“976”。7454、74L71、74L76、74L78、74107。上述5种IC在键入序号时须加前缀“8”，例如：7454应键入“854”。

方法二，连续测试：在键入IC序号后不是键入“N”，而时键入“L”，则面板上的“TEST”灯亮，表示仪器已进入连续测试状态。在连续测试过程中，若“PASS”灯亮，表示IC性能良好；相反，若“FALL”灯亮或时亮时灭，则表示IC性能不良或不稳定，应立即停止测试。用户若重新键入“N”，仪器又转为常规测试状态。

方法三，自动寻找：本机能自动寻找54、74系列待测IC的型号，并对其性能进行自动测试。首先将型号未知的IC插入IC插座，并扳动横杆，然后键入“998N”或“998L”，仪器即开始作搜寻测试，测试完毕将出现以下两种情况中的一种。“PASS”灯亮，数码管显示出IC型号，表示被测IC的型号已找到，其性能良好。“FALL”灯亮，数码管显示“FFF”，表示被测IC的型号无法找到，或者该IC已损坏。【注意】：当某只IC的逻辑功能、引脚功能、性能指标均与其他型号的IC相同时，仪器会将它们认定为同一类IC，自动寻找后的结果将会把这一类IC的序号每隔1.5秒逐一显示出来。例如，7400、7424、7437、74132等IC的功能一样，属于同一类型，若对其中任一只IC进行自动寻找测试，则测试后数码管将会顺序显示出00、24、37、132，最后将数字停留在132。3．大规模数字集成电路的JTAG测试目前，中大规模集成电路的应用已十分普遍，由于专用的集成电路测试仪价格昂贵，因此对于广大普通用户来说，利用它来解决这些集成电路在产品研发、生产、维修中的测试问题是不现实的。

边界扫描测试技术最初由各大半导体公司（Philips、IBM、Intel等）成立的联合测试行动小组JTAG（JointTestActionGroup）于1988年提出，1990年被IEEE规定为电子产品可测试性设计的标准（IEEE1149.1/2/3）。目前，该标准已被一些大规模集成电路（如MPU、DSP、CPU、CPLD、FPGA等）所采用，而访问边界扫描测试电路的接口信号定义标准被称为JTAG接口，通过这个标准，可对具有JTAG接口芯片的硬件电路进行边界扫描和故障检测。除广泛应用于大规模数字集成电路及PCB的测试外，该标准还可用于仿真调试、芯片编程等，可大大缩短产品的开发周期，给产品维护、维修带来极大的便利。IEEE1149.1标准支持以下3种测试功能：（1）内部测试——IC内部的逻辑测试；（2）外部测试——IC间相互连接的测试；（3）取样测试——IC正常运行时的数据取样测试。为了使集成电路达到可扫描的要求，需要对它进行改造。JTAG标准定义了一个串行的移位寄存器，并将寄存器的每一个单元分配给IC芯片的相应引脚，每一个独立的单元称为BSC（Boundary-ScanCell，边界扫描单元），它位于输入引脚和内部逻辑之间，以及内部逻辑与输出引脚之间。BSC起着把输入输出信号与内部逻辑隔离或连通的作用，所有的BSC在IC内部构成JTAG串联回路，如图4-24所示。增加了BSC和相应的控制部分后，一个器件的管脚也要相应增加4个或5个，即如下JTAG引脚（如图4-25所示）：TCK：测试时钟输入；TDI：测试数据输入，数据通过TDI输入JTAG接口；TDO：测试数据输出，数据通过TDO从JTAG接口输出；TMS：测试模式选择，TMS用来设置JTAG接口处于某种特定的测试模式；TRST：测试复位，输入引脚，低电平有效。（为可选引脚，并非每个JTAG接口都需要。）4.5晶体管特性图示仪一、晶体管图示仪的主要特点（1）集电极电压最高可达1kV，为高反压晶体管测试（特别是在基极有注入条件下）提供了可能。（2）阶梯电压最高可达1V/级，为场效应晶体管测试提供了便利。（3）阶梯信号增设了单簇功能，有利于极限参数观测。（4）阶梯电流最高可达100mA/级，可实现最大集电极电流（Ic）10A的测试。（5）线路集成化：阶梯（除末级电流扩展）、X、Y轴放大器（除末级电压提升）、高频高压（除振荡管）及机内电源（三端）均已实现集成化，性能稳定，维护方便。二、晶体管图示仪的技术性能以下是北京无线电仪器厂生产的BJ4811A型晶体管特性图示仪的性能指标。1．Y轴偏转因数（1）集电极电流：0.01～1000mV/度分16挡误差≤±3%（2）基极电流：0.1V/度误差≤±3%（3）倍率：×0.1误差≤±3%2．X轴偏转因数（1）集电极电流：0.1～100V/度分16挡误差≤±3%（2）基极电压：0.05～1V/度分5挡误差≤±3%（3）基极电流：0.1V/度误差≤±3%（4）倍率：×0.5误差≤±3%3．阶梯信号（1）阶梯电流：0.2μA～100mA/级分18挡误差≤±5%（2）阶梯电压：0.05～1V/级分5挡误差≤±5%（3）级/簇：1～10步进（4）极性：正或负4．集电极扫描信号（1）范围及容量：0～20V10A（平均值）0～200V1A（平均值）0～1kV0.1A（平均值）（2）极性：正或负（3）方式：全波整流（4）功耗电阻：0～500kΩ分11挡误差≤±5%5．校准电压1V，0.5V，0.1V误差≤±1%6．其他（1）示波管13SJ38J（有效工作面：7.5cm×7.5cm（2）体积：520mm×480mm×210mm（3）重量：约26kg（4）耗电：约50VA（最大为200VA）（5）环境组别：原GB6587—1《电子测量仪器环境试验总纲》中Ⅱ组仪器。（6）安全组别：原GB6587—7《电子测量仪器基本安全要求》中Ⅰ类安全仪器。三、晶体管图示仪的工作原理

图示仪的基本组成如图4-26所示，它主要由同步脉冲发生器、基极阶梯信号发生器、集电极扫描电压发生器、测试转换开关、垂直放大器、水平放大器和示波管组成。图示仪工作时，同步脉冲发生器产生同步脉冲信号，使基极阶梯信号发生器和集电极扫描电压发生器保持同步，以显示正确而稳定的特性曲线；基极阶梯信号发生器提供大小呈阶梯变化的基极电流；集电极扫描电压发生器提供集电极扫描电压；测试转换开关用以转换测试不同接法和不同类型的晶体管特性曲线参数；垂直放大器、水平放大器和示波管组成示波器系统，用以显示被测晶体管的特性曲线，其工作原理可参看第7章的示波测试技术。四、晶体管图示仪的测试应用1．使用注意事项（1）测试晶体管之前，首先应查阅测试条件和极限参数。由于晶体管时非线性器件，其参数在不同的测试条件下相差悬殊。因此，在测试时应严格按照测试条件进行。挡缺乏测试条件时，也可根据晶体管实际工作状态进行设置。在测试极限参数的过程中，严禁在安全区域之外进行测试，否则会造成晶体管不可逆的击穿。（2）测试过程中，要特别注意“阶梯选择”、“峰值电压范围”、“功耗限制电阻”等开关的调节。如在调高“峰值电压范围”之前，应将“峰值电压%”调为“0”，然后根据显示波形趋势逐步调高电压，避免晶体管过载，造成永久性损坏。（3）测试大功率管的极限参数或过载参数时，宜采用“单簇”阶梯作用，以防损坏晶体管和仪器。