電子測(cè)量技術(shù)第3章第1部分課件

1、 第3章 電路元件參數(shù)測(cè)量方法和儀器本章使用的主要儀器模擬萬用表 數(shù)字萬用表直流電橋交流電橋手持式數(shù)字LCR測(cè)試儀電阻、電感及電容參數(shù)測(cè)試儀臺(tái)式雙顯示數(shù)字LCR測(cè)試儀晶體管圖示儀數(shù)字集成電路參數(shù)測(cè)試儀3.1 概述 電路元件如電阻器、電容器、電感器、晶體二極管、晶體三極管和集成電路等是組成電子電路最基本的元件，它們的質(zhì)量和性能的好壞直接影響電路的性能。電路元件的測(cè)量必須保證測(cè)試條件與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)工作條件相符合。3.2 電路元件參數(shù)的測(cè)量 3.2.1 電阻和電位器的測(cè)量 電阻和電位器在電路中多用來進(jìn)行限流、分壓、分流以及阻抗匹配等，是電路中應(yīng)用最多的元件之一。1電阻和電位器的參數(shù) 電阻的參數(shù)包括標(biāo)稱

2、阻值、額定功率、精度、最高工作溫度、最高工作電壓、噪聲系數(shù)及高頻特性等，主要參數(shù)為標(biāo)稱阻值和額定功率。其中，標(biāo)稱阻值是指電阻上標(biāo)注的電阻值；額定功率是指電阻在一定條件下長(zhǎng)期連續(xù)工作所允許承受的最大功率。(1) 電阻規(guī)格的直標(biāo)法。直標(biāo)法是將電阻的類別和主要技術(shù)參數(shù)的數(shù)值直接標(biāo)注在電阻的表面上，如圖3.1(a)所示為碳膜電阻，阻值為10k，精度為1%。圖3.1(c)所示為電阻額定功率的直接標(biāo)識(shí)方法。（2）電阻規(guī)格的色環(huán)法。色環(huán)法是將電阻的類別和主要技術(shù)參數(shù)的數(shù)值用顏色（色環(huán)）標(biāo)注在電阻的表面上，如圖（b）所示。其中，第一、第二色環(huán)表示電阻被乘數(shù)量值；第三環(huán)為倍乘的量值。將第一、第二、第三色環(huán)分別用

3、X、Y、Z表示，則電阻阻值為)(1010ZYXR圖3.1 電阻和電位器參數(shù)標(biāo)注方法（3）電位器的標(biāo)識(shí)法。一般將電位器的阻值和功耗直接標(biāo)注在器件的表面上，如圖（d）所示兩種電位器，左邊為臥式線性可變電阻器，阻值為，右邊為旋轉(zhuǎn)式對(duì)數(shù)可變電阻器，阻值為100kW。 CRL2、測(cè)量原理和常規(guī)測(cè)試方法2測(cè)量原理和常規(guī)測(cè)試方法（1）電阻的頻率特性。電阻工作于低頻時(shí)其電阻分量起主要作用，電抗部分可以忽略不計(jì)。此時(shí)，只需測(cè)出R的值就可以了。工作頻率升高時(shí)，電抗分量就不能忽略不計(jì)，等效電路如圖所示。等效電阻隨頻率的不同而不同。 圖3.2 電阻的等效電路（2）固定電阻的測(cè)量。 萬用表測(cè)量電阻。模擬式和數(shù)字式萬用表

4、都有電阻測(cè)量擋，都可以用來測(cè)量電阻。采用模擬萬用表測(cè)量時(shí)，應(yīng)先選擇萬用表電阻擋的倍率或量程范圍，然后將兩輸入端短路調(diào)零，最后將萬用表并接在被測(cè)電阻的兩端，測(cè)量電阻值。 電橋法測(cè)量電阻?；菟沟请姌虻脑砣鐖D所示，它是一種四臂的直流電橋。其中R1、R2是固定電阻，稱為比率臂，比例系數(shù)k = R1/R2，可通過量程開關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)；Rn為標(biāo)準(zhǔn)電阻，稱為標(biāo)準(zhǔn)臂；Rx為被測(cè)電阻；G為檢流計(jì)。測(cè)量時(shí)，接上被測(cè)電阻Rx，再接通電源，通過調(diào)節(jié)k和Rn，使電橋平衡，即檢流計(jì)指示為0，此時(shí)，讀出k和Rn的值，即可求得Rx。圖3.3 直流電橋測(cè)電阻1xnn2, RRRkRR 伏安法測(cè)量電阻。伏安法是一種間接測(cè)量法，先直

5、接測(cè)量被測(cè)電阻兩端的電壓和流過它的電流，然后根據(jù)歐姆定律R = U/I算出被測(cè)電阻的阻值。伏安法測(cè)量原理如圖（a）、（b）所示，有電流表內(nèi)接和電流表外接兩種測(cè)量電路。圖3.4 伏安法測(cè)電阻原理圖mARXRA+-+V-RXmARA+-+V-(a)電流表內(nèi)接(b)電流表外接（1）電流表內(nèi)接。電流表內(nèi)接時(shí)，電流表的讀數(shù)I等于被測(cè)電阻 中流過的電流 ，電壓表的讀數(shù)等于被測(cè)電阻 上的電壓與電流表上的電壓之和。被測(cè)電阻的測(cè)值為:)1 (xAxAxxAxRRRRRIUUIUR式中 Rx 被測(cè)電阻的實(shí)際值； RA A 電流表內(nèi)阻。 xRxIxR（2）電流表外接。電流表外接時(shí)，電壓表的讀數(shù)U等于被測(cè)電阻 兩端的

6、電壓 ，電流表的讀數(shù)則是 ，此時(shí)，被測(cè)電阻的測(cè)量值為: 式中，RX 被測(cè)電阻的實(shí)際值； RU電壓表內(nèi)阻。)1 (UxxUxxRRRIIUIURUxIIIxRxU用伏安法測(cè)電阻，由于電阻接入的方法不同，測(cè)量值與實(shí)際值有差異。為了盡可能減少系統(tǒng)誤差，一是采用加修正值的方法；二是根據(jù)被測(cè)電阻的阻值范圍合理選用電路。3 3電位器的測(cè)量電位器的測(cè)量性能測(cè)量。性能測(cè)量。主要測(cè)量電阻標(biāo)稱值和端片接觸情況。用示波器測(cè)量電位器的噪聲。用示波器測(cè)量電位器的噪聲。示波器可以用來測(cè)量電位器、變阻器的噪聲。如圖所示。（4）非線性電阻的測(cè)量。非線性電阻是一類特殊用途的電阻器，如光敏、氣敏、壓（力）敏、電（壓）敏、熱敏電阻

7、器等，它們的阻值隨著外界光線的強(qiáng)弱、氣體濃度的高低、壓力的大小、電壓的高低、溫度的高低而變化。一般可采用前面介紹的伏安法，測(cè)量一定直流電壓下的直流電流值，即逐點(diǎn)改變電壓的大小，然后測(cè)量相應(yīng)的電流，最后做出伏安特性曲線。圖3.5 電位器噪聲測(cè)量接線圖電容器在電路中多用來濾波、隔直、交流耦合、交流旁路及與電感元件構(gòu)成振蕩電路等，是電路中應(yīng)用最多的元件之一。 1、電容的參數(shù)和標(biāo)注方法(1)電容的參數(shù)。電容器的參數(shù)主要有以下幾項(xiàng)。電容的測(cè)量標(biāo)稱電容量和允許誤差。標(biāo)注在電容器上的電容量，稱作標(biāo)稱電容量。電容器的實(shí)際電容量與標(biāo)稱電容量的允許最大偏差范圍，稱為允許誤差。 額定工作電壓。這個(gè)電壓是指在規(guī)定的溫

8、度范圍內(nèi)，電容器能夠長(zhǎng)期可靠工作的最高電壓，可分為直流工作電壓和交流工作電壓。 漏電電阻和漏電電流。電容器的漏電電流越大，絕緣電阻越小。當(dāng)漏電電流較大時(shí)，電容器會(huì)發(fā)熱，發(fā)熱嚴(yán)重時(shí)，會(huì)損壞電容器。 損耗因數(shù)。電容器的損耗因數(shù)定義為損耗功率與存儲(chǔ)功率之比，用D表示。D值越小，損耗越小，電容的質(zhì)量越好。 （1）電容的等效電路. 電容的實(shí)際等效電路如圖3.6(a)所示。在工作頻率較低時(shí)，等效電路可簡(jiǎn)化為如圖3.6(b)所示。(a) 電容的實(shí)際等效電路(b) 電容的簡(jiǎn)化等效電路C0R0L0C0R02、測(cè)量原理和常規(guī)測(cè)試方法（2）性能測(cè)量。對(duì)電解電容器的性能測(cè)量，最主要的是容量和漏電電流的測(cè)量，若電容的正

9、、負(fù)極標(biāo)志脫落，還應(yīng)進(jìn)行極性判別。但用模擬式萬用表的電阻擋測(cè)量，不能測(cè)出電容容量和漏電電阻的確切數(shù)值，也不能知道電容器所能承受的耐壓，只能對(duì)電容器的好壞程度進(jìn)行粗略判斷，在實(shí)際工作中經(jīng)常使用估測(cè)法。 估測(cè)電容的漏電電流。 判斷電容的極性。 估測(cè)電容量。 (3)諧振法測(cè)量電容.交流信號(hào)源、交流電壓表、標(biāo)準(zhǔn)電感L和被測(cè)電容連成如圖所示的并聯(lián)電路。圖3.7 諧振法測(cè)電容的原理圖測(cè)量時(shí)，調(diào)節(jié)信號(hào)源的頻率，使并聯(lián)電路諧振，即交流電壓表讀數(shù)達(dá)到最大值，反復(fù)調(diào)節(jié)幾次，確定電壓表讀數(shù)最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)源的頻率f ，則被測(cè)電容值Cx為 02)2(1CLfCx（4）交流電橋法測(cè)量電容量和損耗因數(shù)。交流電橋的工作原

10、理與直流電橋基本相同，所不同的是電橋采用交流供電，平衡指示表為交流電表，橋臂由電阻和電抗元件組成。用交流電橋可以測(cè)量電阻、電容和電感元件的參數(shù)。 串聯(lián)電橋的測(cè)量。如圖（a）所示為串聯(lián)電橋測(cè)量電容量的電路，由電橋的平衡條件可得4xn3RCCR式中，Cx被測(cè)電容的容量； Cn可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電容； R3、R4可調(diào)電阻。3xn4RRRR式中，Rx被測(cè)電容的等效串聯(lián)損耗電阻； Rn可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電阻。34xn34122xxnnnRRDC RfCRfC RQRR 測(cè)量時(shí)，先根據(jù)被測(cè)電容的范圍，通過改變R3來選取一定的量程，然后反復(fù)調(diào)節(jié)R4和Rn使電橋平衡，即檢流計(jì)讀數(shù)最小，從R4、Rn的刻度讀出Cx和Dx的值。這種電

11、橋適用于測(cè)量損耗小的電容器。對(duì)于損耗較大的電容器，可采用并聯(lián)電橋測(cè)量。圖3.8 測(cè)量電容的交流電橋法原理圖 并聯(lián)電橋的測(cè)量。在圖（b）所示的并聯(lián)電橋中，調(diào)節(jié)Rn和Cn使電橋平衡，此時(shí)根據(jù)下式可求出電容的容量、等效串聯(lián)損耗電阻和損耗參數(shù)。4xn33xn4xnnRCCRRRRRDfC R 2 （5）電容的數(shù)字化測(cè)量方法。一般采用電容電壓轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電容的數(shù)字化測(cè)量，轉(zhuǎn)換器如圖所示。圖3.9 電容-電壓的轉(zhuǎn)換電路虛部實(shí)部分離電路 R1A+-RxCxUxUrUS式中 Rx被測(cè)電容的等效并聯(lián)損耗電阻； US轉(zhuǎn)換器輸入的直流電壓值； Ur轉(zhuǎn)換器輸出電壓的實(shí)部值； RX轉(zhuǎn)換器輸出電壓的虛部值。 1sr1srx

12、xxx21tan2xxxRRUUUCf RUUDf R CU3.2.3 電感的測(cè)量1主要參數(shù)（1）電感量L。線圈的電感量L也叫自感系數(shù)或自感，是表示線圈產(chǎn)生自感應(yīng)能力的一個(gè)物理量。（2）品質(zhì)因數(shù)Q。線圈的品質(zhì)因數(shù)Q也叫Q值，是表示線圈品質(zhì)質(zhì)量的一個(gè)物理量。它是指線圈在某一頻率的交流電壓下工作時(shí)，所呈現(xiàn)的感抗與其等效損耗電阻之比，即 2 f LLQRR（3）分布電容。線圈的匝與匝間、線圈與屏蔽罩間、線圈與磁芯和底板間存在的電容，均稱為分布電容。分布電容的存在使線圈的Q值減小，穩(wěn)定性變差，因此線圈的分布電容越小越好。2測(cè)量原理和常規(guī)測(cè)試方法（1）電感的等效電路。電感一般是用金屬導(dǎo)線繞制而成的，所以

13、存在繞線電阻R（對(duì)于磁芯電感還應(yīng)包括磁性材料插入的損耗電阻）和線圈的匝與匝之間的分布電容，故其等效電路如圖（a）所示。 圖3.10 電感的等效電路（2）諧振法測(cè)量電感。將交流信號(hào)源、交流電壓表、標(biāo)準(zhǔn)電容C和被測(cè)電感Lx連成如圖所示的并聯(lián)電路。圖3.11 諧振法測(cè)電感的原理圖測(cè)量時(shí)，調(diào)節(jié)信號(hào)源的頻率，使并聯(lián)電路諧振，即交流電壓表的讀數(shù)達(dá)到最大值，反復(fù)調(diào)節(jié)幾次，確定電壓表讀數(shù)最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)源的頻率f1，則被測(cè)電感值為)()2(1021CCfLx式中 Lx 被測(cè)電感的電感量； C標(biāo)準(zhǔn)電容； C0 標(biāo)準(zhǔn)電感的分布電容 f1第一次諧振的頻率。CfffC2122210由上述兩式可得: 02121CfLx）（ 式中 f2 第二次諧振的頻率。（3）交流電橋法測(cè)量電感。測(cè)量電感的交流電橋有馬氏電橋和海氏電橋兩種，分別適用于測(cè)量品質(zhì)因數(shù)不同的電感。 馬氏電橋。如圖（a）所示，由電橋平衡條件可得x23n23xnxnnLRRCRRRRQRC式中，Lx被測(cè)電感； Cn標(biāo)準(zhǔn)電容； Rx被測(cè)電感的損耗電阻； Qx被測(cè)電感的品質(zhì)因數(shù)。圖3.12 交流電橋測(cè)量電感 海氏電橋。如圖（b）所示，同樣由電橋平衡條件可得23nx22222223x222nxnn111nnnnnnRR CLRCRRRCRRRCQRC（4）通用儀器測(cè)量電感。通用儀器測(cè)