电子测量与仪器课件 第六章 元器件测量与仪器2

RLR图6.1实际电阻器的等效电路(a)(b)RCSCCRCP图6.2实际电容器的等效电路Dx=tanδ=RCS/XC=ωCRCS

Dx=tanδ=XC/RCP=1/ωCRCPQ=XL/RLS=ωL/RLSQ=RLP/XL=RLP/ωL集中参数元件的等效16.4谐振法测量集中参数元件

谐振法又称Q表法，是以LC谐振回路谐振特性为基础而进行测量的方法。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，是测量高频元件的常用方法。6.4.1Q表的组成及工作原理

谐振法构成的测量仪器称为Q表，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。它由测量回路、信号源、耦合回路及Q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。2信号源耦合回路Q值电压表LxR+－Us测量回路图6.16Q表工作原理图CxuAR2R11234CsIoI3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。如果测量回路处于谐振状态，则存在如下关系：（6-9）

I=Us/R=UL/XL=UC/XCQ=XL/R=XC/RQ=UC/Us=UL/Us46.4.2测量电感谐振法测量电感，除了依据式（6-9）直接测量（直接法）外，还包括串联替代法和并联替代法。1.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。其测量步骤如下：①将1、2端短接，调节Cs到较大电容C1位置，调节信号Lx图6.17串联替代法测量电感原理图M1234CsL信号源V5源频率，使回路谐振，设谐振频率为f0，此时满足：（6-10）

②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：（6-11）③求解式（6-10）和式（6-11）组成的方程组，得：2.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Lx图6.17串联替代法测量电感原理图M1234CsL信号源V6短接。其测量步骤如下：①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：（6-12）②将Lx接至3、4端，保持信号源频率f0不变，调节Cs至C2使回路重新谐振，此时满足：（6-13）③求解式（6-12）和式（6-13）组成的方程组，得：6.4.3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。7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。1.串联替代法串联替代法适合测量大电容，如图6.17所示。其测量步骤如下：①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。②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。

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82.并联替代法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，其测量步骤如下：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+CxCx=C1－C296.4.4Q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6.18QBG-3型Q表面板图主调电容度盘Cx接线柱Lx接线柱开定位零位校直Q值范围Q值零位校直Q×1定位表Q值定位细调定位粗调波段开关频率旋钮pFL.f对照表微调CL101.测量准备2.电感线圈Q值的测量将被测线圈接到Lx接线柱上；1)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“Q×1”处；2)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。113.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6-2L、f、倍率对照表电感倍率频率0.1～1μH×0.125.2MHz1.0～10μH×17.95MHz10～100μH×102.52MHz0.1～1.0mH×0.1795kHz1.0～10mH×1252kHz10～100mH×1079.5kHz124.线圈分布电容的测量1)将主调电容度盘调至某一适当电容值上（一般为200pF），记为C1；2)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；3)重新调节波段开关、频率旋钮使信号源频率为f1的两倍，4)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=(C1－4C2)/3135.电容量的测量被测电容量大小不同，其测量方法也不同。有两种情况：（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“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“Q×1”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-C2146.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：7.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。156.5晶体管特性图示仪及应用------>元器件测试1、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，2、并据此测算出元器件各项参数的仪器，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等晶体管特性图示仪特点：1、具有用途广泛、直接显示、使用方便、操作简单等优点。2、尤其在晶体管各种极限参数和击穿特性的观测时，采用瞬时电压和瞬时电流能使被测晶体管只承受瞬时过载而不会造成损坏。3、不能用于测量晶体管的高频参数。166.5.1晶体管特性图示仪的组成

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。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。VAVARBRCECEBIB0=0IB1IB2IB3IB4uCE(t)iC(t)0(b)(a)图6.19晶体三极管输出特性曲线及逐点测量法示意图17晶体管特性图示仪应具备以下功能：①能够提供测试过程所需的各种基极电流IB。②每一个固定IB期间，集电极电压EC应作相应改变。③能够及时取出各组uCE及iC值送显示电路。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方式示波器等部分组成，如图6.20所示。18uCE(t)iC(t)uCE(t)IBttt1t2t3t4t51234t1t2(a)(b)(c)(d)图6.21晶体管特性图示仪各点波形121221图6-22脉冲阶梯波19

6.5.2阶梯波信号源

阻容移相器整流器脉冲形成级阶梯波形成级阶梯波放大器开关电路图6.24阶梯波信号源组成框图－∞++运放SC2+UC2C1+VD1VD2UoUi++－－图6.25密勒积分型阶梯波形成电路UA+－206.5.3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

21XJ4810型半导体管特性图示仪+－10V50V100V500VAC集电极电源峰值电压%功耗限制电阻Ω电容平衡辅助电容平衡增益拉出×0.1YXmAICuAIRuAA外接UCE外接UBE电流/度电压/度显示变换校准阶梯信号级/簇调零010kΩ1MΩ串联电阻VuAmA电压—电流/级+－重复关单簇按101增益U图6.26XJ4810型半导体图示仪面板图拉—电源开22（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%”旋钮旋至0。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。233）“+、—”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。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轴部分241）“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。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。

25（4）X轴部分1）“电压/度”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”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。（5）显示部分1）“变换”选择开关26“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“⊥”按键开关按下时，可使X、Y放大器的输入端同时接地，以确定零基准点。3）“校准”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。（6）阶梯信号1）“电压—电流/级”旋钮“电压—电流/级”旋钮用于确定每级阶梯的电压值或电流27值。2）“串联电阻”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/簇”旋钮“级/簇”旋钮用于调节阶梯信号一个周期的级数，可在1～10级之间连续调节。4）“调零”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。285）“+、－”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—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”开关“单簇按”开关与“重