電子測(cè)量與儀器課件 第六章 元器件測(cè)量與儀器2

RLR圖6.1實(shí)際電阻器的等效電路(a)(b)RCSCCRCP圖6.2實(shí)際電容器的等效電路Dx=tanδ=RCS/XC=ωCRCS

Dx=tanδ=XC/RCP=1/ωCRCPQ=XL/RLS=ωL/RLSQ=RLP/XL=RLP/ωL集中參數(shù)元件的等效16.4諧振法測(cè)量集中參數(shù)元件

諧振法又稱Q表法，是以LC諧振回路諧振特性為基礎(chǔ)而進(jìn)行測(cè)量的方法。在高頻段，諧振法受雜散耦合等的影響較小，且比較符合電感、電容的實(shí)際工作情況，因此，諧振法高頻段測(cè)量結(jié)果比較可靠，是測(cè)量高頻元件的常用方法。6.4.1Q表的組成及工作原理

諧振法構(gòu)成的測(cè)量?jī)x器稱為Q表，適合在高頻狀態(tài)下測(cè)量電容量、電感量、電容損耗因數(shù)、諧振回路或電感品質(zhì)的因數(shù)。它由測(cè)量回路、信號(hào)源、耦合回路及Q值電壓表等部分組成，圖6.16為Q表工作原理圖，設(shè)測(cè)量回路電流有效值、總電感、總電容為I、L、C。2信號(hào)源耦合回路Q值電壓表LxR+－Us測(cè)量回路圖6.16Q表工作原理圖CxuAR2R11234CsIoI3測(cè)量回路，即LC諧振回路，它由電感、電容及回路等效損耗電阻R組成。Q表就是根據(jù)該回路的諧振特性來測(cè)量的。如果測(cè)量回路處于諧振狀態(tài)，則存在如下關(guān)系：（6-9）

I=Us/R=UL/XL=UC/XCQ=XL/R=XC/RQ=UC/Us=UL/Us46.4.2測(cè)量電感諧振法測(cè)量電感，除了依據(jù)式（6-9）直接測(cè)量（直接法）外，還包括串聯(lián)替代法和并聯(lián)替代法。1.串聯(lián)替代法(適合測(cè)量小電感)如圖6.17所示，圖中信號(hào)源與測(cè)量回路之間采用的互感耦合方式為松耦合，否則，信號(hào)源內(nèi)阻將嚴(yán)重影響測(cè)量回路的諧振特性而產(chǎn)生諧振點(diǎn)誤判。其測(cè)量步驟如下：①將1、2端短接，調(diào)節(jié)Cs到較大電容C1位置，調(diào)節(jié)信號(hào)Lx圖6.17串聯(lián)替代法測(cè)量電感原理圖M1234CsL信號(hào)源V5源頻率，使回路諧振，設(shè)諧振頻率為f0，此時(shí)滿足：（6-10）

②去掉1、2之間的短路線，將Lx接入回路，保持信號(hào)源頻率f0不變，調(diào)節(jié)Cs至C2使回路重新諧振，此時(shí)滿足：（6-11）③求解式（6-10）和式（6-11）組成的方程組，得：2.并聯(lián)替代法并聯(lián)替代法適合測(cè)量大電感，始終將圖6.17中1、2兩端Lx圖6.17串聯(lián)替代法測(cè)量電感原理圖M1234CsL信號(hào)源V6短接。其測(cè)量步驟如下：①不接入Lx，調(diào)小可變電容Cs為C1，調(diào)節(jié)信號(hào)源頻率使回路諧振，設(shè)諧振頻率為f0，此時(shí)滿足：（6-12）②將Lx接至3、4端，保持信號(hào)源頻率f0不變，調(diào)節(jié)Cs至C2使回路重新諧振，此時(shí)滿足：（6-13）③求解式（6-12）和式（6-13）組成的方程組，得：6.4.3測(cè)量電容諧振法測(cè)量電容，一般采用串聯(lián)替代法和并聯(lián)替代法。7替代法可以有效地消除分布電容或引線電感所造成的影響。1.串聯(lián)替代法串聯(lián)替代法適合測(cè)量大電容，如圖6.17所示。其測(cè)量步驟如下：①將1、2端短接，調(diào)小可變電容Cs為C1，調(diào)節(jié)信號(hào)源頻率使測(cè)量回路諧振，設(shè)諧振頻率為f0。②去掉短路線，將被測(cè)電容Cx接至1、2端，保持信號(hào)源頻率f0不變，調(diào)節(jié)Cs至C2使測(cè)量回路重新諧振。

③上述兩步，測(cè)量回路中的電感以及前后兩次的諧振頻率未變，因此，前后兩次測(cè)量回路的等效電容值是相等的，即82.并聯(lián)替代法并聯(lián)替代法適合測(cè)量小電容，如圖6.17所示，圖中1、2端始終短接或接入一標(biāo)準(zhǔn)電感，其測(cè)量步驟如下：1）不接入被測(cè)電容Cx，調(diào)大可變電容Cs為C1，調(diào)節(jié)信號(hào)源頻率使測(cè)量回路諧振，設(shè)諧振頻率為f0。2）將被測(cè)電容接至3、4端，保持信號(hào)源頻率f0不變，調(diào)節(jié)Cs至C2使測(cè)量回路重新諧振。3）上述兩步，測(cè)量回路中的電感以及前后兩次的諧振頻率未變，因此，前后兩次測(cè)量回路的等效電容值是相等的，即C1=C2+CxCx=C1－C296.4.4Q表實(shí)例及使用方法圖6.18為QBG-3型Q表面板結(jié)構(gòu)圖，它的使用方法如下：圖6.18QBG-3型Q表面板圖主調(diào)電容度盤Cx接線柱Lx接線柱開定位零位校直Q值范圍Q值零位校直Q×1定位表Q值定位細(xì)調(diào)定位粗調(diào)波段開關(guān)頻率旋鈕pFL.f對(duì)照表微調(diào)CL101.測(cè)量準(zhǔn)備2.電感線圈Q值的測(cè)量將被測(cè)線圈接到Lx接線柱上；1)調(diào)節(jié)頻率旋鈕及波段開關(guān)至測(cè)量所需的頻率點(diǎn)；選擇合適的Q值擋級(jí)；調(diào)節(jié)“定位零位校直”旋鈕使定位表指示為零，調(diào)節(jié)定位粗調(diào)及定位細(xì)調(diào)旋鈕使定位表指針指到“Q×1”處；2)調(diào)整主調(diào)電容度盤遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)，再調(diào)節(jié)“Q值零位校直”使Q值表指針指在零點(diǎn)上，最后調(diào)解主調(diào)電容度盤和微調(diào)旋鈕使回路諧振（Q值表指示最大），則Q值表的示值即為被測(cè)線圈的Q值。113.電感量的測(cè)量首先估計(jì)一下被測(cè)線圈的電感量，按照表6-2選出對(duì)應(yīng)頻率，再調(diào)節(jié)波段開關(guān)及頻率旋鈕使信號(hào)源頻率達(dá)到所需頻率值；將“微調(diào)”置于零點(diǎn)，調(diào)節(jié)主調(diào)電容度盤使Q值表指示最大。此時(shí)，被測(cè)線圈的電感量等于主調(diào)電容度盤上讀出的電感值乘以L、f、倍率對(duì)照表中的倍率。表6-2L、f、倍率對(duì)照表電感倍率頻率0.1～1μH×0.125.2MHz1.0～10μH×17.95MHz10～100μH×102.52MHz0.1～1.0mH×0.1795kHz1.0～10mH×1252kHz10～100mH×1079.5kHz124.線圈分布電容的測(cè)量1)將主調(diào)電容度盤調(diào)至某一適當(dāng)電容值上（一般為200pF），記為C1；2)再調(diào)節(jié)波段開關(guān)及頻率旋鈕使Q值表指示最大，即找到諧振點(diǎn)f1；3)重新調(diào)節(jié)波段開關(guān)、頻率旋鈕使信號(hào)源頻率為f1的兩倍，4)然后調(diào)節(jié)主調(diào)電容度盤使Q值表指示最大，記為C2。則分布電容量C0可由下式計(jì)算：C0=(C1－4C2)/3135.電容量的測(cè)量被測(cè)電容量大小不同，其測(cè)量方法也不同。有兩種情況：（1）小于460pF電容的測(cè)量可以采用并聯(lián)替代法來測(cè)量。從Q表附件中選取一只電感量大于1mH的標(biāo)準(zhǔn)電感接至Lx接線柱，將“微調(diào)”調(diào)到零，主調(diào)電容度盤調(diào)至最大（500pF），記為C1；然后調(diào)節(jié)“定為零位校直”和“Q值零位校直”旋鈕使定位表及Q值表指示為零，再調(diào)節(jié)定位粗調(diào)及定位細(xì)調(diào)旋鈕使定位表指針指在“Q×1”處；最后調(diào)節(jié)頻率旋鈕及波段開關(guān)，使Q值表指示最大。將被測(cè)電容接至Cx接線柱，重調(diào)主調(diào)電容度盤使Q值表指示最大，此時(shí)度盤讀數(shù)為C2，則被測(cè)電容Cx等于：Cx=C1-C2146.電容損耗因數(shù)的測(cè)量首先將主調(diào)電容度盤調(diào)至500pF，記為C1，將大于1mH的標(biāo)準(zhǔn)電感接至Lx接線柱，調(diào)節(jié)波段開關(guān)及頻率旋鈕使Q值表指示最大，設(shè)它的讀數(shù)為Q1；然后將被測(cè)電容并接于Cx接線柱上，調(diào)小主調(diào)電容度盤至某值，設(shè)為C2，重調(diào)信號(hào)源頻率使Q值表再次指示最大，設(shè)讀數(shù)為Q2，則損耗因數(shù)Dx為：7.注意事項(xiàng)使用Q表測(cè)量過程中應(yīng)注意，被測(cè)元件不能直接放在儀器頂板上，要加一塊高頻損耗小的如聚乙烯之類的襯墊板；被測(cè)元件接線要短且接觸良好；被測(cè)元件的屏蔽罩要接到低電位接線柱上。156.5晶體管特性圖示儀及應(yīng)用------>元器件測(cè)試1、采用圖示法在熒光屏上直接顯示各種晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管等的特性曲線，2、并據(jù)此測(cè)算出元器件各項(xiàng)參數(shù)的儀器，例如測(cè)量PNP和NPN型三極管的輸入特性、輸出特性、電流放大特性；各種反向飽和電流、擊穿電壓，各類晶體二極管的正反向特性等晶體管特性圖示儀特點(diǎn)：1、具有用途廣泛、直接顯示、使用方便、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。2、尤其在晶體管各種極限參數(shù)和擊穿特性的觀測(cè)時(shí)，采用瞬時(shí)電壓和瞬時(shí)電流能使被測(cè)晶體管只承受瞬時(shí)過載而不會(huì)造成損壞。3、不能用于測(cè)量晶體管的高頻參數(shù)。166.5.1晶體管特性圖示儀的組成

圖6.19是共發(fā)射極NPN型三極管輸出特性曲線及其逐點(diǎn)測(cè)量法示意圖。晶體管特性儀的測(cè)量為動(dòng)態(tài)測(cè)量法，逐點(diǎn)測(cè)量法是晶體管特性圖示儀的測(cè)量原理基礎(chǔ)。VAVARBRCECEBIB0=0IB1IB2IB3IB4uCE(t)iC(t)0(b)(a)圖6.19晶體三極管輸出特性曲線及逐點(diǎn)測(cè)量法示意圖17晶體管特性圖示儀應(yīng)具備以下功能：①能夠提供測(cè)試過程所需的各種基極電流IB。②每一個(gè)固定IB期間，集電極電壓EC應(yīng)作相應(yīng)改變。③能夠及時(shí)取出各組uCE及iC值送顯示電路。晶體管特性圖示儀主要由階梯波發(fā)生器、集電極掃描信號(hào)源、測(cè)試變換電路、控制電路、X-Y方式示波器等部分組成，如圖6.20所示。18uCE(t)iC(t)uCE(t)IBttt1t2t3t4t51234t1t2(a)(b)(c)(d)圖6.21晶體管特性圖示儀各點(diǎn)波形121221圖6-22脈沖階梯波19

6.5.2階梯波信號(hào)源

阻容移相器整流器脈沖形成級(jí)階梯波形成級(jí)階梯波放大器開關(guān)電路圖6.24階梯波信號(hào)源組成框圖－∞++運(yùn)放SC2+UC2C1+VD1VD2UoUi++－－圖6.25密勒積分型階梯波形成電路UA+－206.5.3晶體管特性圖示儀的使用

1.XJ4810型晶體管特性圖示儀的面板結(jié)構(gòu)

21XJ4810型半導(dǎo)體管特性圖示儀+－10V50V100V500VAC集電極電源峰值電壓%功耗限制電阻Ω電容平衡輔助電容平衡增益拉出×0.1YXmAICuAIRuAA外接UCE外接UBE電流/度電壓/度顯示變換校準(zhǔn)階梯信號(hào)級(jí)/簇調(diào)零010kΩ1MΩ串聯(lián)電阻VuAmA電壓—電流/級(jí)+－重復(fù)關(guān)單簇按101增益U圖6.26XJ4810型半導(dǎo)體圖示儀面板圖拉—電源開22（1）電源及示波管控制部分電源及示波管控制部分開關(guān)旋鈕包括：聚焦、輔助聚焦、輝度及電源開關(guān)，各自的使用方法與示波器相似。（2）集電極電源1）“峰值電壓范圍”選擇開關(guān)“峰值電壓范圍”選擇開關(guān)用于選擇集電極電源最大值。其中AC擋能使集電極電源變?yōu)殡p向掃描，使屏幕同時(shí)顯示出被測(cè)二極管的正、反方向特性曲線。當(dāng)電壓由低擋換向高擋時(shí)，應(yīng)先將“峰值電壓%”旋鈕旋至0。2）“峰值電壓%”旋鈕調(diào)節(jié)“峰值電壓%”旋鈕使集電極電源在確定的峰值電壓范圍內(nèi)連續(xù)變化。233）“+、—”極性按鍵開關(guān)按下“+、—”極性按鍵開關(guān)時(shí)集電極電源極性為負(fù)，彈起時(shí)為正。4）“電容平衡”、“輔助電容平衡”旋鈕當(dāng)Y軸為較高電流靈敏度時(shí)，調(diào)節(jié)“電容平衡”、“輔助電容平衡”旋鈕兩旋鈕使儀器內(nèi)部容性電流最小，使熒光屏上的水平線基本重疊為一條。一般情況下無需調(diào)節(jié)。5）“功耗限制電阻”旋鈕“功耗限制電阻”旋鈕用于改變集電極回路電阻的大小。測(cè)量被測(cè)管的正向特性時(shí)應(yīng)置于低電阻擋，測(cè)量反向特性時(shí)應(yīng)置于高阻擋。（3）Y軸部分241）“電流/度”旋鈕“電流/度”旋鈕是測(cè)量二極管反向漏電流IR及三極管集電極電流IC的量程開關(guān)。當(dāng)開關(guān)置于“”（該擋稱為基極電流或基極源電壓）位置時(shí)，可使屏幕Y軸代表基極電流或電壓；當(dāng)開關(guān)置于“外接”時(shí)，Y軸系統(tǒng)處于外接收狀態(tài)，外輸入端位于儀器左側(cè)面。2）“移位”旋鈕“移位”旋鈕可進(jìn)行垂直移位外，還兼作倍率開關(guān)，當(dāng)旋鈕拉出時(shí)，指示燈亮，Y軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)縮小為原來的1/10。3）“增益”電位器“增益”電位器用于調(diào)整Y軸放大器的總增益，即Y軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)。一般情況下無需經(jīng)常調(diào)整。

25（4）X軸部分1）“電壓/度”旋鈕“電壓/度”旋鈕是集電極電壓UCE及基極電壓UBE的量程開關(guān)。當(dāng)開關(guān)置于“”位置時(shí)，可使屏幕X軸代表基極電流或電壓；當(dāng)開關(guān)置于“外接”時(shí)，X軸系統(tǒng)處于外接收狀態(tài)，外輸入端位于儀器左側(cè)面。2）“增益”電位器“增益”電位器用于調(diào)整X軸放大器的總增益，即X軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)。一般情況下無需經(jīng)常調(diào)整。（5）顯示部分1）“變換”選擇開關(guān)26“變換”選擇開關(guān)用于同時(shí)變換集電極電源及階梯信號(hào)的極性，以簡(jiǎn)化NPN型管與PNP管轉(zhuǎn)測(cè)時(shí)的操作。2）“⊥”按鍵開關(guān)“⊥”按鍵開關(guān)按下時(shí)，可使X、Y放大器的輸入端同時(shí)接地，以確定零基準(zhǔn)點(diǎn)。3）“校準(zhǔn)”按鍵開關(guān)“校準(zhǔn)”按鍵開關(guān)用于校準(zhǔn)X軸及Y軸放大器增益。開關(guān)按下時(shí)，在熒光屏有刻度的范圍內(nèi)，亮點(diǎn)應(yīng)自左下角準(zhǔn)確地跳至右上角，否則應(yīng)調(diào)節(jié)X軸或Y軸的增益電位器來校準(zhǔn)。（6）階梯信號(hào)1）“電壓—電流/級(jí)”旋鈕“電壓—電流/級(jí)”旋鈕用于確定每級(jí)階梯的電壓值或電流27值。2）“串聯(lián)電阻”開關(guān)“串聯(lián)電阻”開關(guān)用于改變階梯信號(hào)與被測(cè)管輸入端之間所串接的電阻大小，但只有當(dāng)電壓—電流/級(jí)開關(guān)置于電壓擋時(shí)，本開關(guān)才起作用。3）“級(jí)/簇”旋鈕“級(jí)/簇”旋鈕用于調(diào)節(jié)階梯信號(hào)一個(gè)周期的級(jí)數(shù)，可在1～10級(jí)之間連續(xù)調(diào)節(jié)。4）“調(diào)零”旋鈕“調(diào)零”旋鈕用于調(diào)節(jié)階梯信號(hào)起始級(jí)電平，正常時(shí)該級(jí)為零電平。285）“+、－”極性按鍵開關(guān)“+、－”極性按鍵開關(guān)用于確定階梯信號(hào)的極性。6）“重復(fù)—關(guān)”按鍵開關(guān)“重復(fù)—關(guān)”按鍵開關(guān)彈起時(shí)，階梯信號(hào)重復(fù)出現(xiàn)，用作正常測(cè)試；當(dāng)開關(guān)按下時(shí)，階梯信號(hào)處于待觸發(fā)狀態(tài)。7）“單簇按”開關(guān)“單簇按”開關(guān)與“重