电子元器件测量与仪器

第6章电子元器件丈量与仪器6.1概述6.2伏安法及数字化丈量6.3电桥法丈量集中参数元件6.4谐振法丈量集中参数元件6.5晶体管特性图示仪及运用本章小结1第6章电子元器件丈量与仪器学习参考：本章主要引见电阻、电感、电容、晶体管等电子元器件的丈量及测试仪器的组成原理，要求经过学习了解电子元器件的测试方法及原理，了解丈量仪器的组成及运用方法。本章要点：集中参数元件的等效，集中参数元件的丈量方法、任务原理及电桥、Q表、晶体管特性图示仪的组成及运用。26.1概述在电子技术中，电子元器件的丈量主要包括集中参数元件的丈量和晶体管、场效应管等器件的丈量。集中参数元件丈量是指对电阻、电容、电感、阻抗质量因数Q及损耗因数D的丈量。虽然理想元件中只包含大小恒定不变的纯电阻或纯电抗，但实践的集中参数元件并非如此，因此，集中参数元件的丈量还包括Q、D的丈量。如图6.1所示，实践电阻器可以等效为纯电阻R与寄生电感LR的串联。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缘由而产生的。在低频形状下，ωLR很小，故可以忽略绕制电阻而产生的寄生电感LR的影响，但在高频形状下，应思索LR的影响。3如图6.2(a)、图6.2(b)所示，实践电容器可以等效为串联损耗电阻RCS与纯电容C的串联或并联损耗电阻RCP与纯电容C的并联。损耗电阻包括电容漏电阻和介质损耗电阻。现实上实际电容器还存在引线电感，因为低频形状下引线电感的感抗很小，可以忽略。通常用损耗因数Dx〔或损耗角正切tanδ〕来表示电容器的损耗大小。图6.2(a)、图6.2(b)分别具有如下关系：RLR图6.1实践电阻器的等效电路(a)(b)RCSCCRCP图6.2实践电容器的等效电路4Dx=tanδ=RCS/XC=ωCRCSDx=tanδ=XC/RCP=1/ωCRCP式中，XC为电容器的容抗；δ为电容器的损耗角。如图6.3(a)、图6.3(b)所示，实践电感器可以等效为串联损耗电阻RLS与纯电感L的串联或并联损耗电阻RLP与纯电感L的并联。现实上实践电感器还包含分布电容，但在频率不高的情况下，由于分布电容的影响较小，故可以忽略。通常用质量因数Q来表示电容器的损耗大小。图6.3(a)、图6.3(b)分别具有如下关系：Q=XL/RLS=ωL/RLSQ=RLP/XL=RLP/ωL5集中参数元件的丈量包括伏安法、电桥法调和振法三种。6.2伏安法及数字化丈量6.2.1伏安法伏安法，即电压表-电流表法，是根据欧姆定律来丈量集中元件参数的。该方法运用方便，但丈量准确度较差，仅适用于低频丈量，比较适宜直流电阻的丈量。图6.4(a)、图6.4(b)分别为电流表外接、内接的伏安法丈量集中参数元件原理图。在忽略电压表、电流表内阻影响的情况下，根据欧姆定律有：Z=U/I6当丈量直流电阻时，电源为直流电源，那么R=Z=U/I当丈量电容或电感时，角频率为ω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为在忽略损耗电阻影响的情况下，存在关系：图6.4伏安法丈量原理图A电源Z(a)V(b)A电源ZV7XL=ωL(6-1)上述分析中，均忽略了电压表、电流表内阻的影响，实践丈量的准确度较低。当被测元件阻抗远大于或者可以与电压表输入阻抗相比较时，比较适宜采用电流表内接的方法；反之，比较适宜采用电流表外接的方法。由式〔6-1〕可知，假设丈量时坚持两个参数不变，而只改动一个参数，就可以用一个丈量仪表进展丈量。例如，丈量电容时，坚持频率和电压不变，那么流过电容器的电流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8位，该仪表称为法拉计。伏安法可以丈量1Ω到数百兆欧范围内的电阻以及1pF到数百微法的电容。6.2.2阻抗的数字化丈量阻抗的丈量包括电感、电容、电阻等元器件的丈量。阻抗的数字化丈量是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展分别，最后利用电压的数字化丈量来实现阻抗的丈量。1.电感元件的丈量图6.5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。U1、U2、9Ur都要送到电压表双积分式A/D变换器。经过分析得到：〔6-2〕〔6-3〕分析式〔6-2〕、〔6-3〕可见，由于Ur、R1均为常数，只需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。ur－∞++运放同步检波器ur峰值检波器R1RxLxUoU1U2Ur图6.5电感—电压变换器同步检波器jurUrcosωt102.电容元件的丈量图6.6为电容-电压变换器的阻抗—交流变换部分，其他部分与电感—电压变换器的构造类似。利用上述方法，可得：U2=－R1UrωCx由此可见，也可以利用数字多用表来实现Cx、Rx及Dx的丈量。图6.6电容-电压变换器

－∞+

+AurR1RxCxUo113.LCR参数测试仪图6.7为LCR参数测试仪原理图。经分析得知：〔Ω〕〔S〕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。－∞++运放f正弦交流

+－+－Rs图6.7LCR参数测试仪原理图12由上述分析可见，只需先测出和，再把和同步整流并分解出实部和虚部，进而计算出上式中R，X，G，B，最后以数字方式显示出被测元件R，L，C，D，Q等参数。丈量线圈或电容时，可以选择它们的串联等效电路或并联等效电路来进展丈量。普通来说，对小容量电容和高阻抗线圈，采用并联等效电路丈量，而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展丈量。6.3电桥法丈量集中参数元件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丈量。该方法的任务频率较宽，丈量精度较高，可达10-4，比较适宜低频阻抗元件的丈量。该方法构成的丈量仪器称为平衡电桥或电13桥。电桥分为直流电桥和交流电桥两大类，前者用于丈量直流电组，后者用于丈量电容、电感等参数，在此主要讨论交流电桥。6.3.1交流电桥1.任务原理图6.8为交流电桥原理图，主要由桥体、电源G及平衡指示器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。电源为纯粹弦交流电源。当IP=0时，电桥处于平衡形状，电桥平衡条件如下：或14即(6-4)φx+φ2=φ1+φ3(6-5)由此可见，要使交流电桥完全平衡，必需同时满足式〔6-4〕和式〔6-5〕，即振幅平衡条件和相位平衡条件。所以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需由规范可调电阻和电抗件构成，该电抗件普通选用规范可调电容。于是，当Z1、Z2为纯电阻R1、R2时，满足关系：〔6-6〕图6.8交流电桥PZ1Z2Z3ZxIPG15当Z1、Z3为纯电阻R1、R3时，满足关系：〔6-7〕由式〔6-6〕和式〔6-7〕得，当两个邻臂为纯电阻时的电桥称为臂比电桥，它比较适于丈量电容；当两个相对桥臂为纯电阻时的电桥称为臂乘电桥，它比较适于丈量电感。交流电桥的电源必需为纯粹弦波交流电源，否那么，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。为了提高丈量准确度，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，交流电桥也只适宜在音频或低射频段运用，高频段的丈量适宜选用谐振法。[例6-1]图6.9(a)为丈量低Q电感的麦克斯韦电桥桥体，试16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=R1R2CsQx=ωLx/Rx=ωRsCs[例6-2]图6.9(b)为丈量高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：图6.9例6-1、例6-2图RxLxR1R2RS(a)CSCSR1RxLxRSR2(b)17经推导，得：Rx=R1R2/RSLx=R1R2CS[例6-3]图6.10(a)为丈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：18经推导，得： Dx=ωCxRx=ωRsCs[例6-4]图6.10(b)所示为丈量高损耗电容的并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：RxCxRSCSR1R2(a)RxCxRSCSR1R2(b)图6.10例6-3、例6-4图192.QS18A型万用电桥〔1〕组成QS18A型万用电桥是一种便携式交流电桥，主要用于丈量电阻、电感、电容等参数。其组成如图6.11所示，主要由桥体、信号源〔1kHz〕和晶体管检流计三部分组成。桥体是电桥的中心部分，实践上是由直流电桥、交流电容电桥及电感电桥组合而成。运用时，经过变换开关进展切换，以实现不同参数或量程的丈量。〔2〕丈量电容选频放大与整流1kHz振荡器或9V直流电源桥体P图6.11QS18A型万用电桥组成框图20丈量电容时，桥体衔接成如图6.12所示的方式。Cx、Rx分别为被测电容的容量、串联等效电阻阻值，R2由规范粗调、细调电阻器组成。调理桥体中可调电阻器使电桥平衡，根据电桥平衡条件，可导出：由此可知，在量程确定的情况下，只需C2坚持不变，可以经过调理R3使电桥平衡。其中，Cx、Rx、Dx可由有关度盘读出数值。RxCxR1R3R2C2图6.12丈量电容原理图21〔3〕丈量电感丈量电感时，桥体衔接如图6.13所示。Lx、Rx分别是被测电感的电感量、串联等效损耗电阻。当电桥平衡时有：Lx=R1R2C3Qx=ωC3R3〔4〕运用方法图6.14为QS18A型万用电桥面板构造图。面板上各开关旋钮的作用如下：①被测元件接线柱用于衔接被测元件。②外接插孔用于外接音频电源。RxLxR1R3R2C3图6.13丈量电感原理图22③外-内1kHz选择开关，用于选择电桥任务电源。④量程开关，确定丈量范围，各示值是指电桥读数在满刻度时的最大值。④⑤②①uA读数内1kHz外③⑥⑦⑧⑨图6.14QS18A型万用电桥面板构造图12111023⑤损耗微调旋钮，用于细调平衡时的损耗，普通情况下置于“0〞位置。⑥损耗倍率选择开关，分为三挡：Q×1，D×0.1，D×1。根据不同情况，按照表6-1选择适宜挡位。测量电阻时，该开关不起作用。⑦指示电表，用于指示电桥的平衡形状。当电桥平衡时，电表指示为零。⑧接地。⑨灵敏度调理旋钮，用于控制电桥放大器的放大倍数。表6-1倍率开关位置测量元件位置空心电感线圈Q×1高Q值线圈和小损耗电容D×0.1（Q=1/D）带铁心线圈和大电解电容D×1（Q=1/D）24开场丈量时，应降低灵敏度，随后再逐渐增大。 ⑩读数调理旋钮〔读数盘〕用于调理电桥的平衡形状，由粗调和细调组成。 损耗平衡调理旋钮用于指示被测元件〔电容或电感〕的损耗因数或质量因数。 丈量选择开关用于确定电桥的丈量内容。丈量终了，此开关应置于“关〞位置，以降低机内干电池的损耗。 运用方法如下： ①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，假设用外部电源，那么将外部电源接到“外接〞插孔上，拨动电源选择开关至“外〞的位置。 ②根据被丈量，将丈量选择开关旋至“C〞、“L〞、“R≤10〞121125或“R＞10〞处。 ③估计被丈量的大小，选择量程开关的位置。 ④根据被测元件的情况，按照表6-1选择适宜的损耗倍率开关挡位。 ⑤根据电桥平衡情况，调整灵敏度调理旋钮使指示电表读数由小逐渐增大。 ⑥反复调理电桥的读数盘和损耗平衡旋钮，并在调整过程中逐渐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Cx〕=量程开关指示值×电桥读数盘示值Qx〔或Dx〕=损耗倍率指示值×损耗平衡盘指示值26 [例6-5]用QS18A型万用电桥丈量线圈的电感量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Q×1挡上，损耗平衡盘读数为3.5，求被测电感Lx和质量因数Qx。 解：由QS18A型万用电桥的运用方法引见，可知：Lx=(0.6+0.028)×100mH=62.8mHQx=1×3.5=3.5答：〔略〕6.3.2不平衡电桥根据电桥平衡条件进展丈量的电桥称为平衡电桥，它的操27作繁琐、丈量时间长，平常所说的电桥通常是指平衡电桥。不平衡电桥是经过直接丈量电桥非平衡形状下流经指示器的电流或两端电压大小来丈量集中参数元件的，它的操作简便、丈量时间短、易实现数字化丈量。1.丈量电阻图6.15为新型不平衡电桥丈量电阻的电路图，图中。经推导，得知：28R2∞∞RRRRRXABCDUABUBDR1R1R3R3R2R4R4Uo除法电路N1N2DVM图6.15新型不平衡电桥丈量电阻电路EU'ABU'BD29〔6-8〕分析式〔6-8〕可见，不平衡电桥可以快速方便地丈量电阻量；新型不平衡电桥电压Uo与其电源电压无关，电源电压的动摇对丈量不产生影响；电压Uo与被测电阻Rx成正比，使丈量示值线性化，丈量准确度较高。老式不平衡电桥示值非线性，受电源电压等的影响大，丈量准确度较低。2.丈量电感、电容不平衡电桥丈量电感电路与图6.15类似，分别用规范电感L、被测电感Lx替代规范电阻R和被测电阻Rx。丈量电容时，分别用规范电容C、被测电容Cx替代R和Rx。丈量电感、30电容时，用交流电源替代直流电源。经进一步推导得知，丈量电感、电容时存在以下关系：因此，不平衡电桥可以快速方便地丈量电感量、电容量，其缺乏之处是不能丈量质量因数、损耗因数等参数。6.4谐振法丈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根底而进展丈量的方法。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、电容的实践任务情况，因此，谐振法高频段31丈量结果比较可靠，是丈量高频元件的常用方法。6.4.1Q表的组成及任务原理谐振法构成的丈量仪器称为Q表，适宜在高频形状下丈量电容量、电感量、电容损耗因数、谐振回路或电感质量的因数。它由丈量回路、信号源、耦合回路及Q值电压表等部分组成，图6.16为Q表任务原理图，设丈量回路电流有效值、总电感、总电容为I、L、C。Q表各组成部分的作用如下：信号源耦合回路Q值电压表LxR+－Us丈量回路图6.16Q表任务原理图CxuAR2R11234CsIoI32〔1〕信号源信号源为正弦信号源，其振荡频率范围即为Q表任务频率范围。〔2〕耦合回路它将信号源输出的信号馈入到丈量回路，其耦合方式通常为电阻耦合方式，称之为插入电阻，为减小信号源对丈量回路的影响，要求耦合电阻R2要很小〔如0.04Ω〕。高频段、超高频段Q表那么分别选用电容、电感作为Q表耦合元件。〔3〕Q值电压表即Q值刻度的电压表，用于指示Q值大小。当Q值电压表指示电压最大时，丈量回路处于谐振形状。33〔4〕丈量回路即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丈量的。假设丈量回路处于谐振形状，那么存在如下关系：〔6-9〕I=Us/R=UL/XL=UC/XCQ=XL/R=XC/RQ=UC/Us=UL/Us34可见，在Us一定时，电压表可以刻度成为Q值指示器；改动Io值可以扩展质量因数的丈量范围，电流表那么变成了Q值倍乘指示器。6.4.2丈量电感谐振法丈量电感，除了根据式〔6-9〕直接丈量〔直接法〕外，还包括串联替代法和并联替代法。1.串联替代法串联替代法适宜丈量小电感，如图6.17所示，图中信号源与丈量回路之间采用的互感耦合方式为松耦合，否那么，信号源内阻将严重影响丈量回路的谐振特性而产生谐振点误判。其丈量步骤如下：①将1、2端短接，调理Cs到较大电容C1位置，调理信号35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之间的短道路，将Lx接入回路，坚持信号源频率f0不变，调理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宜丈量大电感，一直将图6.17中1、2两端Lx图6.17串联替代法丈量电感原理图M1234CsL信号源V36短接。其丈量步骤如下：①不接入Lx，调小可变电容Cs为C1，调理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，坚持信号源频率f0不变，调理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丈量电容谐振法丈量电容，普通采用串联替代法和并联替代法。37替代法可以有效地消除分布电容或引线电感所呵斥的影响。1.串联替代法串联替代法适宜丈量大电容，如图6.17所示。其丈量步骤如下：①将1、2端短接，调小可变电容Cs为C1，调理信号源频率使丈量回路谐振，设谐振频率为f0。②去掉短道路，将被测电容Cx接至1、2端，坚持信号源频率f0不变，调理Cs至C2使丈量回路重新谐振。③上述两步，丈量回路中的电感以及前后两次的谐振频率未变，因此，前后两次丈量回路的等效电容值是相等的，即382.并联替代法并联替代法适宜丈量小电容，如图6.17所示，图中1、2端一直短接或接入一规范电感，其丈量步骤如下：1〕不接入被测电容Cx，调大可变电容Cs为C1，调理信号源频率使丈量回路谐振，设谐振频率为f0。2〕将被测电容接至3、4端，坚持信号源频率f0不变，调理Cs至C2使丈量回路重新谐振。3〕上述两步，丈量回路中的电感以及前后两次的谐振频率未变，因此，前后两次丈量回路的等效电容值是相等的，即C1=C2+CxCx=C1－C2396.4.4Q表实例及运用方法图6.18为QBG-3型Q外表板构造图，它的运用方法如下：图6.18QBG-3型Q外表板图主调电容度盘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CL401.丈量预备丈量前先对定位表和Q值表进展机械调零，然后将定位粗调逆时针调究竟，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Q值的丈量将被测线圈接到Lx接线柱上；调理频率旋钮及波段开关至丈量所需的频率点；选择适宜的Q值挡级；调理“定位零位校直〞旋钮使定位表指示为零，调理定位粗调及定位细调旋钮使定位表指针指到“Q×1〞处；调整主调电容度盘远离谐振点，再调理“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〕，那么Q值表的示值即为被测线圈的Q值。413.电感量的丈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，再调理波段开关及频率旋钮使信号源频率到达所需频率值；将“微调〞置于零点，调理主调电容度盘使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×1079.5kHz424.线圈分布电容的丈量将主调电容度盘调至某一适当电容值上〔普通为200pF〕，记为C1；再调理波段开关及频率旋钮使Q值表指示最大，即找到谐振点f1；重新调理波段开关、频率旋钮使信号源频率为f1的两倍，然后调理主调电容度盘使Q值表指示最大，记为C2。那么分布电容量C0可由下式计算：C0=(C1－4C2)/35.电容量的丈量被测电容量大小不同，其丈量方法也不同。主要有以下两种情况：〔1〕小于460pF电容的丈量43可以采用并联替代法来丈量。从Q表附件中选取一只电感量大于1mH的规范电感接至Lx接线柱，将“微调〞调到零，主调电容度盘调至最大〔500pF〕，记为C1；然后调理“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，再调理定位粗调及定位细调旋钮使定位表指针指在“Q×1〞处；最后调理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，那么被测电容Cx等于：Cx=C1-C22〕大于460pF电容的丈量可以采用串联替代法来丈量。将规范电感接至Lx接线44柱，调理主调电容度盘，使Q值表指示最大，读盘读数记为C1；取下规范电感，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值表指示再次到达最大，此时度盘读数记为C2。被测电容Cx为：6.电容损耗因数的丈量首先将主调电容度盘调至500pF，记为C1，将大于1mH的规范电感接至Lx接线柱，调理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，那么损耗因数Dx为：457.本卷须知运用Q表丈量过程中应留意，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。6.5晶体管特性图示仪及运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，例如丈量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、夹断电压和跨导等参46数。与示波器的区别是晶体管特性图示仪可以本身提供测试时所需求的信号源，并将测试结果以曲线方式显示在荧光屏上。晶体管特性图示仪具有用途广泛、直接显示、运用方便、操作简单等优点。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接受瞬时过载而不会呵斥损坏，因此对晶体管的测试和晶体管的合理运用都带来极大的方便，但图示仪不能用于丈量晶体管的高频参数。6.5.1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丈量法表示图。图6.19(a)中，先固定基极电流IB，改动EC值，47可测得一组uCE和iC值；再改动基极电流IB，反复上述过程，可测得多组数值。适中选取坐标，即可得到三极管输出特性曲线，如图6.19(b)所示。晶体管特性仪的丈量为动态丈量法，逐点丈量法是晶体管特性图示仪的丈量原理根底。晶体管特性图示仪应具备以下功能：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丈量法表示图48①可以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应作相应改动。③可以及时取出各组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。由于iRF=iE－IB=iC，uY(t)=iC(t)RF，所以uY(t)可以反映出iC(t)的变化情况。而且集电极扫描信号源与uCE〔t〕的变化一致，因此将uY(t)与集电极扫描电压加到示波器上即可得到三极管输出特性曲线。①阶梯波信号源用来提供测试所需的各种基极阶梯电压或电流IB，图6.21(b)为基极电流波形图，阶梯高度可以调理，用于构成多条曲线簇。为防止被测管功耗过大而损坏，49普通选用图6.22所示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，防止损坏被测管，又可提高图示仪的性能。uCE(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50②集电极扫描电路使每一个固定IB期间，集电极电压uCE(t)作相应改动，通常是由50Hz市电经全波整流得到的100Hz正弦半波电压，如图6.21(a)和图6.21(d)所示。③X放大器和Y放大器用于对取自被测器件上的电压信号进展放大，然后送示波管偏转板构成扫描曲线。④测试变换电路是为顺应测试NPN、PNP管而设立的。经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动，并选择适宜的显示信号送至X、Y偏转板，以显示各种不同的曲线。⑤示波管与X轴放大器和Y轴放大器通一同构成X-Y方式的示波器。⑥控制电路用于完成集电极扫描信号源与阶梯波信号源51的同步等功能。

集电极扫描信号源〔或uCE(t)〕、uY(t)被放大后，分别加到X、Y偏转板上，得到的输出特性曲线如图6.21(c)所示，图中的①，②与图6.21(a)图的①，②对应，箭头阐明了得到输出特性曲线的扫描过程，特性曲线自下而上分别与图6.21(b)图中的1～4相对应，描画曲线的速率为每秒100条，二者的同步关系称为上100级/秒〔每秒100个台阶〕，如图6.23(a)所示。改动二者的时间关系可以得到不同的曲线，图6.23(b)和图6.23(c)所示的同步关系分别称为200级/秒〔每秒200个台阶〕、下100级/秒。 6.5.2阶梯波信号源 图6.24为阶梯波信号源组成框图，主要由阶梯波构成级、阶梯波放大器等部分组成。50Hz正弦电压经过移相、整52uCE(t)0tTBTC(a)IB0tTB/2TC/2(b)IB0t(c)TBIB0t图6.23晶体管特性图示仪的三种同步关系阻容移相器整流器脉冲构成级阶梯波构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53流送入脉冲构成级，经限幅放大变为窄脉冲，阶梯波构成级在开关电路的控制下产生阶梯波电压输出，再经过阶梯波放大器放大输出所需的阶梯波电压，或者根据需求由阶梯波放大器输出放大的阶梯波电流。图6.25为JT-1型晶体管特性图示仪的密勒积分型阶梯波构成电路。放大器为反向放大器，它的电压增益、输入阻抗很大、输出阻抗很小，那么UA→0。S为开关电路控制开关。C1、VD1分别为箝位电容和箝位二极管。当S断开时，输入负脉冲Ui经电路输出阻抗Zo、VD2对电容C2充电，UO=UC2。当第一个脉冲－∞++运放SC2+UC2C1+VD1VD2UoUi++－－图6.25密勒积分型阶梯波构成电路UA+－54到来时，C2的充电电源为Ui，C2上充电△U1=；第二个脉冲到来时，充电电源为Ui+△U1，由于C2上已有电压△U1，所以净充电源仍为Ui，同理，以后各次充电均如此，输出端得到正向均匀阶梯波电压，调理C1、C2可调理台阶大小。当S闭合时，电容C2迅速放电，电路无输出，当再次断开S时，阶梯波完成一个反复周期。开关S周期性闭合，就能输出周期性的阶梯波。6.5.3晶体管特性图示仪的运用1.XJ4810型晶体管特性图示仪的面板构造图6.26为XJ4810型晶体管特性图示仪面板图，各开关旋钮的作用如下：55XJ4810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+－反复关单簇按101增益U图6.26XJ4810型半导体图示仪面板图拉—电源开56〔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，各自的运用方法与示波器类似。〔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%〞旋钮调理“峰值电压%〞旋钮使集电极电源在确定的峰值电压范围内延续变化。573〕“+、—〞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，调理“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，使荧光屏上的程度线根本重叠为一条。普通情况下无需调理。5〕“功耗限制电阻〞旋钮“功耗限制电阻〞旋钮用于改动集电极回路电阻的大小。丈量被测管的正向特性时应置于低电阻挠，丈量反向特性时应置于高阻挠。〔3〕Y轴部分581〕“电流/度〞旋钮“电流/度〞旋钮是丈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轴系统处于外接纳形状，外输入端位于仪器左侧面。2〕“移位〞旋钮“移位〞旋钮可进展垂直移位外，还兼作倍率开关，当旋钮拉出时，指示灯亮，Y轴偏转因数减少为原来的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。普通情况下无需经常调整。59〔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轴系统处于外接纳形状，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。普通情况下无需经常调整。〔5〕显示部分1〕“变换〞选择开关60“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，否那么应调理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61值。2〕“串联电阻〞开关“串联电阻〞开关用于改动阶梯信号与被测管输入端之间所串接的电阻大小，但只需当电压—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〞旋钮用于调理阶梯信号一个周期的级数，可在1～10级之间延续调理。4〕“调零〞旋钮“调零〞旋钮用于调理阶梯信号起始级电平，正常时该级为零电平。625〕“+、－〞极性按键开关“+、－〞极性按键开关用于确定阶梯信号的极性。6〕“反复—关〞按键开关“反复—关〞按键开关弹起时，阶梯信号反复出现，用作正常测试；当开关按下时，阶梯信号处于待触发形状。7〕“单簇按〞开关“单簇按〞开关与“反复—关〞按键开关配合运用。当阶梯信号处于调理好的待触发形状时，按下该按钮，指示灯亮，阶梯信号出现一次，然后又回至待触发形状。〔7〕测试台部分图6.27为XJ4810型晶体管特性图示仪测试台面板图，各63开关旋钮的作用如下：1〕“左〞、“右〞按键开关开关按下时，分别接通左、右边的被测管。2〕“二簇〞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，以便对它们进展比较。3〕“零电压〞、“零电流〞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，后者用于丈量ICEO、BUCEO等参量。CBEIRCBEGCBEGCBECBECBE零电压零电流左二簇右测试选择图6.27XJ4810型晶体管特性图示仪测试台面板图642.XJ4810型晶体管特性图示仪的运用方法与本卷须知〔1〕运用方法①开启电源，指示灯亮，预热15min后运用。②调理辉度、聚焦、辅助聚焦等旋钮，使屏幕上的亮点或线条明晰。③X、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。否那么，应调理X轴或Y轴的增益电位器来校准。④阶梯调零。当测试中要用到阶梯信号时，必需先进展阶梯调零，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“〞，“电压—电65流/级〞置于“0.05V/级〞，“反复—开关〞置于反复，“级/簇〞置于适中位置，“峰值电压范围〞置于10V挡，调理“峰值电压%〞旋钮使屏幕上的扫描线满度，然后按下“⊥〞按键，察看此时亮点在屏幕上的位置，再将按键复位，调理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。〔2〕本卷须知①应特别留意阶梯信号选择、功耗限制电阻、峰值电阻范围旋钮的运用，假设运用不当会损坏被测晶体管。②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。③测试MOS型场效应管时，应特别留意不要使栅极悬空，以免感应电压过高击穿被测管。66④测试终了后，使仪器复位，以防下次运用时因忽略而损坏被测器件。此时应将“峰值电压范围〞置于〔0～10V〕挡，“峰值电压调理〞旋到零位，阶梯信号选择开关置于关挡，“功耗限制电阻〞置于10kΩ以上位置。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丈量。这里仅引见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原理如图6.28所示。测试二极管时只需察看流过二极管的电流与二极管两端电压之间的关系，不用运用阶梯信号源。将二极管的正极和67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上的取样电压接至Y轴，那么可显示出相应的特性。为了能显示出二极管的正反向特性，把未扫描时的亮点调至显示屏的中心位置，扳动扫描电压极性开关那么可分别显示出正反向特性曲线。新型的晶体管图示仪，集电极扫描电压有双向扫描功能，可使正反向特性曲线同时显示在荧光屏上。根据显示出Y放大器X放大器RCRFX偏