255393annizj電子測量儀器教案第7章

1、課題第 7 章 電子元器件參數(shù)測量儀器 7.1 電子器件特性及參數(shù)測量儀（一）教學目標知識與能力：掌握電子器件參數(shù)測量儀器的分類過程與方法：通過觀察和講解， 情感、態(tài)度與價值觀： 培養(yǎng)學生的嚴謹?shù)目茖W態(tài)度教學重點掌握電子器件參數(shù)測量儀器的分類教學難點掌握電子器件參數(shù)測量儀器的分類新授課7.1.1 電子器件參數(shù)測量儀器的分類1半導體分立器件測量儀器 半導體分立器件：二極管、雙極型晶體管、場效晶體管、閘流晶體管（簡稱晶閘管） 及光電子器件等種類。半導體分立器件測量儀器分類（根據(jù)所測參數(shù)的類型）（1）直流參數(shù)測量儀器 主要測試半導體分立器件的反向截止電流、反向擊穿電壓、正向電壓、飽和電壓和直 流放大

2、倍數(shù)等直流參數(shù)。（2）交流參數(shù)測量儀器 主要測試半導體分立器件的頻率參數(shù)、開關參數(shù)、極間電容、噪聲系數(shù)及交流網絡參 數(shù)等交流參數(shù)。（3）極限參數(shù)測量儀器 主要測試半導體分立器件能安全使用的最大范圍，如大功率晶體管在直流和脈沖狀態(tài) 下的安全工作區(qū)。（4）晶體管特性圖示儀（應用最廣泛） 可顯示器件的特性曲線，還可以測量不少主要直流參數(shù)和部分交流參數(shù)。2數(shù)字集成電路測試儀器（1）數(shù)字集成電路：有 TTL 和 CMOS 集成電路等。（2）測試的內容：有直流測試、交流測試和功能測試。直流測試：輸出高電平、輸出低電平、輸出高電平電流、輸出低電平電流、電源功耗課題 7.1 電子器件特性及參數(shù)測量儀（二）電流

3、等。交流測試：延遲時間、最高時鐘頻率等。 功能測試：檢查數(shù)字集成電路各項邏輯功能是否正常。（3）測量方法通用儀器：適于中、小規(guī)模集成電路的某些基本參數(shù)和功能。 圖形功能測試法：適于對大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的測試，檢查其功能。它利用圖 形發(fā)生器生成各種測試圖形和期望響應的圖形在圖形比較器中進行比較， 最終判定被測集成 電路的功能是否正常而給出結果。3模擬集成電路測試儀 組成：運算放大器、穩(wěn)壓器、比較器及專用模擬集成電路等。模擬集成電路的測試：直流測試和交流測試。 直流測試的項目：輸入失調電壓、輸入失調電流、輸入偏置電流、輸入阻抗、共模信號 抑制比、輸出短路電流、開環(huán)電壓增益、最大輸出電壓及電源

4、功耗電流等； 交流測試項目：開環(huán)帶寬和轉換速率等。練習習題小結電子器件參數(shù)測量儀器的分類： 半導體分立器件測量儀器、 數(shù)字集成電路測試儀器 （直 流參數(shù)、交流參數(shù)、極限參數(shù)、晶體管特性圖示儀）模擬集成電路測試儀 布置作業(yè)習題教學目標知識與能力：晶體管特性圖示儀定義、特點、曲線的測繪（點測法和圖示法）過程與方法：通過觀察和講解，情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學生的嚴謹?shù)目茖W態(tài)度教學重點晶體管特性圖示儀定義、特點、曲線的測繪（點測法和圖示法）教學難點晶體管特性圖示儀定義、特點、曲線的測繪（點測法和圖示法）新授課7.1.2晶體管特性圖示儀定義：它是一種專用示波器，在示波管屏幕上可直接觀察半導體分立器件的特

5、性曲線, 借助屏幕上的標尺刻度，還能直接或間接地測定其相應的參數(shù)。特點：使用面寬、直觀性強、用途廣泛、讀測方便等。1 晶體管特性曲線的測繪定義：有關電極的電壓-電流之間的關系曲線。例如：晶體管的共發(fā)射極輸出特性曲線如圖所示。/p=40|iA丄L6&10測繪晶體管特性曲線方法：點測法（靜態(tài)法）和圖示法（動態(tài)法）（1）點測法仍以晶體管輸出特性曲線為例，測試電路如圖所示。 調節(jié)Ubb，固定一一 Ib值。 調節(jié)Ucc使UCE從零變到某一固定值， 測出一組UCE與Ic的數(shù)據(jù)，描繪出一條Ib為某一 固定值的lc=f （ Uce）的曲線。 再調節(jié)Ubb改變一個Ib值。 重復上述過程，可得另一條曲線；。 最終

6、完成被測晶體管的輸出特性曲線。特別是在測量晶體管極限參特點：操作繁瑣，不能反映晶體管動態(tài)工作時的輸出特性, 數(shù)（例如 Icm和BUceo等）時，容易損壞晶體管。（2）圖示法 用50 Hz交流電的全波整流電壓作為集電極掃描電壓代替Vcc。 階梯波電壓每上升一級，相當于改變一次參數(shù)Ib。只要集電極掃描電壓 Uce和階梯基極電流的變化的時間關系如圖（a）所示，就獲得了 Uce與Ib的同步變化。 全波整流電壓和階梯波電壓同步，每一級階梯波對應一條曲線。匚丘*正程回禪tb)特點：這種方法直觀，操作簡便，實現(xiàn)了動態(tài)測量。由于集電極掃描電壓是隨時間連續(xù)變化 的脈動電壓，其最大值僅是瞬間作用于被測晶體管，被測

7、晶體管不易受損壞，因而較為安全可靠練習習題小結晶體管特性圖示儀：它是一種專用示波器， 在示波管屏幕上可直接觀察半導體分立器件 的特性曲線，借助屏幕上的標尺刻度，還能直接或間接地測定其相應的參數(shù)。布置作業(yè)習題教學目標知識與能力：晶體管特性圖示儀的基本組成過程與方法：通過觀察和講解，情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學生的嚴謹?shù)目茖W態(tài)度教學重點晶體管特性圖示儀的基本組成教學難點晶體管特性圖示儀的基本組成新授課2.晶體管特性圖示儀的基本組成晶體管特性圖示儀的基本組成如圖所示。組成：基極階梯波信號源、集電極掃描電壓發(fā)生器、工作于X-Y方式的示波器、測試轉換開關及一些附屬電路。（1 ）基極階梯信號源作用：用以產生

8、階梯電流或階梯電壓。測試時，階梯信號源為被測晶體管提供偏置。內設有調零電位器，可提供不同極性、不同大小的階梯信號，級數(shù)可調。（2 ）集電極掃描電壓發(fā)生器作用：供給所需的集電極掃描電壓。掃描電壓采用工頻電壓經全波整流而得到的100 Hz的單向脈動電壓。通?；鶚O階梯信 號也是由50Hz的工頻獲得，故兩者之間能同步工作。掃描電壓的極性和大小均可以變換。Rc （集電極電路內有功耗限制電阻，阻值可根據(jù)需要改變）作用：用于限制被測晶體課題 7.1電子器件特性及參數(shù)測量儀(四)教學目標知識與能力：管的最大工作電流，從而限制其功耗，防止器件受損。Rf （電路中的采樣電阻）作用：將要測量的電流Ic轉換為電壓。（

9、 3 ）示波器包括： X 放大器、 Y 放大器及示波管。 作用：顯示晶體管特性曲線。（4）開關用附屬電路 作用：準確測試晶體管特性曲線及適應測試不同的晶體管的需要。 極性開關 基極階梯信號源和集電極掃描電壓正、負極性選擇開關。 X 軸、 Y 軸選擇開關 作用：把不同信號接至 X 放大器或 Y 放大器。通過不同的組合，顯示不同的晶體管特 性曲線。 零電壓、零電流開關作用：可使基極接地或基極開路，便于對某些晶體管參數(shù)的測試。 靈敏度校準電壓 作用：可提供校準電壓，用于對刻度進行校正。練習習題小結晶體管特性圖示儀的基本組成：基極階梯波信號源、集電極掃描電壓發(fā)生器、工作于X-Y 方式的示波器、測試轉換

10、開關及一些附屬電路。布置作業(yè)習題晶體管特性圖示儀測量原理過程與方法：通過觀察和講解，情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學生的嚴謹?shù)目茖W態(tài)度教學重點晶體管特性圖示儀測量原理教學難點晶體管特性圖示儀測量原理新授課3 晶體管特性圖示儀測量原理(1 )二極管特性曲線及測試原理框圖如圖所示。測試正向特性加正極性掃描電壓，測試反向特性時加負極性掃描電壓。不必使用階梯信號。將集電極電壓接至 X軸，Rf上的采樣電壓接至 Y軸，即可顯示相應的特性曲線。(2)晶體管輸出特性曲線 Ic = f ( Uce)及測試原理框圖如圖所示。根據(jù)定義，可在輸出特 性曲線上求出B值。(3)晶體管輸入特性曲線 Ib = f (Ube)及測試

11、原理框圖如圖所示。a. 被測管的集電極接全波整流掃描電壓。b. 用階梯信號提供基極電流。c. 采樣電阻Rb兩端得到的電壓(正比于 Ib)加至示波器的 Y軸。d. Ube加至示波器的 X軸。顯示如圖(b)所示輸入特性曲線。注意：此時1 b和Ube均為階梯波，但Ib每級高度基本相同，而 Ube由于輸入特性的非線性 而每級高度不同。集電極掃描電壓的變化反映在熒光屏上為亮點在各級水平方向的往返移 動。練習習題Up、飽和漏電流Idss與跨導gm。小結轉移特性曲線作用：測量場效晶體管的夾斷電壓布置作業(yè)習題晶體管特性圖示儀測量原理過程與方法:通過觀察和講解，情感、態(tài)度與價值觀:培養(yǎng)學生的嚴謹?shù)目茖W態(tài)度教學重

12、點晶體管特性圖示儀測量原理教學難點晶體管特性圖示儀測量原理新授課（4）場效晶體管漏極特性曲線Id= f（ Uds）及測試原理框圖如圖所示。恤-0-IV ,-2V JJ Ji 1 1 1類同于晶體三極管Ic = f （ UCE）曲線的測試， 階梯信號：用階梯電壓。C、B、E 對應 D、G、S。階梯信號和掃描信號的極性：根據(jù)被測場效晶體管類型決定。耗盡型場效晶體管（包括結型場效晶體管）N溝道用負階梯，正掃描；P溝道用正階梯，負掃描。增強型場效晶體管N溝道用正階梯，正掃描； P溝道用負階梯，負掃描。轉移特性曲線作用：測量場效晶體管的夾斷電壓Up、飽和漏電流Idss與跨導gm。轉移特性曲線測繪：柵極加

13、階梯電壓，漏極加掃描電壓，Ugs加至示波器的X軸，采樣電阻Rf上的電壓（正比于漏極電流 Id）加至示波器的 Y軸，顯示出如圖（b）所示的上端 有亮點的豎線，由亮點連接起來的曲線即是。夾斷電壓Up：轉移特性曲線與 X軸的交點所對應的 Ugs?？鐚m：轉移特性曲線的斜率。漏極飽和電流Idss:轉移特性曲線與 Y軸交點所對應的Id。練習習題小結轉移特性曲線作用：測量場效晶體管的夾斷電壓Up、飽和漏電流Idss與跨導gm。布置作業(yè)習題課題 7.2集總參數(shù)元件測量儀器（一）教學目標知識與能力：了解集總參數(shù)元件基本知識。過程與方法：通過觀察和講解，情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學生的嚴謹?shù)目茖W態(tài)度教學重點了解

14、集總參數(shù)元件基本知識。教學難點了解集總參數(shù)元件基本知識。新授課7.2集總參數(shù)元件測量儀器7.2.1集總參數(shù)元件簡介集總參數(shù)元件：電阻器、電容器和電感器。1 電阻器理想的電阻器：不含電抗分量，流過它的電流與其兩端的電壓同相。實際電阻器：存在一定的寄生電感和分布電容，其等效電路如圖所示。在低頻工作狀態(tài)下（包括直流工作時），Lr和Cr的影響由于其感抗很小、容抗很大而可以忽略不計，但在高頻工作狀態(tài)下必須考慮其影響。2 電容器實際電容器：存在引線電感和損耗電阻（包括漏電阻及介質損耗等）。在頻率不太高的情況下，弓I線電感的影響由于其感抗很小而可忽略不計。故實際電容 器的等效電路如圖所示。a（b）幷聯(lián)尊燉電

15、昂圖中，Res:電容器的等效串聯(lián)損耗電阻，Rep:電容器的等效并聯(lián)損耗電阻。電容器的損耗大小通常用損耗因數(shù) D （或損耗角的正切值tan S）表示。空氣電容器的損耗因數(shù)較小，為D v 10-3 ; 一般介質電容器的損耗因數(shù)為10-4 D 10-2;電解電容器的損耗因數(shù)較大，為10-2 D 2 X10-1。練習習題小結集總參數(shù)元件:電阻器、電容器和電感器。布置作業(yè)習題課題 7.2集總參數(shù)元件測量儀器（二）教學目標知識與能力：掌握電感器、萬用電橋過程與方法：通過觀察和講解，情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學生的嚴謹?shù)目茖W態(tài)度教學重點掌握電感器、萬用電橋教學難點掌握電感器、萬用電橋新授課3.電感器實際電感器

16、：除電感量外，同樣存在損耗電阻，還存在分布電容。在頻率不太高的情況下，分布電容的影響可以忽略不計。故實際電感器的等效電路如 圖所示。（3串哉呼效電粽幷聯(lián)尋效業(yè)路圖中Rls為電感器的等效串聯(lián)損耗電阻，Rlp為電感器的等效并聯(lián)損耗電阻。電感器的損耗大小通常用品質因數(shù) Q表示。對于圖（a）X,LQRlsRls對于圖（b）QRlpR_pXlL式中Xl電感器的感抗。電感器的Q值越大，說明損耗越小，反之，則損耗越大?？招木€圈及帶高頻磁芯的線圈（電感器）的 Q值較高，一般為幾十至一、二百，帶鐵 心的線圈（電感器）的 Q值較低，一般在十以內。7.2.2萬用電橋電橋法：一種比較測量法，它把被測量與同類性質的已知

17、標準量相比較，從而確定被 測量的大小。電橋法測量適用：工作在低頻狀態(tài)的集總參數(shù)元件。電橋：利用電橋法原理制成的測量儀器。萬用電橋（或萬能電橋）：同時具備測量電阻器、電容器和電感器功能。電橋電路組成：主要包括電橋電路、信號源和指零電路三部分。練習習題小結電橋法：一種比較測量法，它把被測量與同類性質的已知標準量相比較， 從而確定被測 量的大小。電橋法測量適用：工作在低頻狀態(tài)的集總參數(shù)元件。萬用電橋（或萬能電橋）：同時具備測量電阻器、電容器和電感器功能。布置作業(yè)習題課題 7.2集總參數(shù)元件測量儀器（三）教學目標知識與能力：掌握萬用電橋的平衡過程與方法：通過觀察和講解，情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學生的嚴

18、謹?shù)目茖W態(tài)度教學重點掌握萬用電橋的平衡教學難點掌握萬用電橋的平衡新授課1電橋的平衡條件F圖所示為常見的四臂電橋基本電路。其中四個阻抗元件Z1Z4稱為橋臂，us為信號源；P為指零儀電橋的平衡條件:1振幅平衡條件:|Zl|Z3 Z2II Z4相位平衡條件:1234實際電橋電路：在一個橋臂同時接入兩個可調標準元件，多采用R和C,另外兩個橋臂則接入固定的標準元件。結論：若相鄰兩橋臂為純電阻， 則另外兩個橋臂元件應為同性阻抗；若相對兩橋臂為純電阻，則另外兩個橋臂元件， 應為異性阻抗。在測量電容器時使可調元件與被測元件作為相 鄰橋臂接入。而在測量電感器時則使可調元件與被測元件作為相對橋臂接入。例7.1試推導“海式電橋”的平衡條件解：電橋平衡方式為(RsCsR2R4Rxj Lx1RXR2R4 (Lx = R2R4CS由QRLP&P 曰得XlLQx -R-L X1RsCs1 jCs根據(jù)復數(shù)相等條件，上式兩邊的實部和虛部分別相等練習習題小結電橋的平衡條