第七章電子元器件測(cè)量儀器

第七章電子元器件測(cè)量儀器2023/12/27第七章電子元器件測(cè)量儀器7.1概述電子元器件中，電阻器、電容器和電感器為基本電路元件；晶體二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、單結(jié)管、晶閘管等為半導(dǎo)體器件；運(yùn)算放大器、數(shù)字邏輯電路、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、微處理器等為集成電路器件。不同類型的電子元器件，需要使用不同的儀器進(jìn)行測(cè)量?；倦娐吩雌湓陔娐分械墓ぷ黝l率不同，采用不同的測(cè)量方法和儀器。工作在低頻電路中的元件，常采用電橋法測(cè)量，通常使用直流電橋、交流電橋和萬用電橋；工作在高頻電路中的元件，常采用諧振法測(cè)量，通常使用Q表、高頻電感電容測(cè)量儀。因?yàn)榘雽?dǎo)體器件需要測(cè)量的參數(shù)很多，有直流參數(shù)、低頻參數(shù)和高頻參數(shù)，應(yīng)根據(jù)需要測(cè)量參數(shù)的不同選擇不同的測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)量。常用的儀器有晶體管特性圖示儀、晶體管直流參數(shù)測(cè)試儀、h參數(shù)測(cè)試儀、Y參數(shù)測(cè)試儀和場(chǎng)效應(yīng)管測(cè)試儀等。第七章電子元器件測(cè)量儀器7.2集總參數(shù)元件特性

電阻器、電容器、電感器這些基本電子元件，由于它們的特性可由兩端的電壓和電流之間的關(guān)系來確切表達(dá)，這種關(guān)系可用參數(shù)來描述，因此又稱集總參數(shù)元件。1.電阻器 具有電阻性質(zhì)的元件稱為電阻器，簡稱電阻，用R表示。電阻在電路中是耗能元件，電阻值的單位是歐姆(Ω),常用單位還有千歐(KΩ)和兆歐(MΩ)。 電阻器的主要參數(shù)有電阻值及其誤差，額定功率，溫度系數(shù)等。實(shí)際應(yīng)用中，需要測(cè)量的主要參數(shù)是電阻值。實(shí)際電阻器并不是純電阻，存在引線電感和分布電容，當(dāng)電阻器工作在低頻時(shí)，主要為電阻性質(zhì)，電抗性質(zhì)可忽略。但工作在高頻時(shí)就必須考慮其影響，高頻時(shí)電阻器的等效電路如圖所示。第七章電子元器件測(cè)量儀器2.電容器 具有電容性質(zhì)的元件稱為電容器，簡稱電容，用C表示。電容在電路中是一個(gè)儲(chǔ)能元件，電容量的單位法拉(F),常用單位有微法(μF)和皮法(pF)。 實(shí)際電容器由于極間的電介質(zhì)存在漏電阻（RCP），會(huì)使電容器消耗一定的能量，這種能量損耗稱為電容器的介質(zhì)損耗，此時(shí)電容器的等效電路如圖所示。 電容器的主要參數(shù)有電容量及其誤差、額定電壓（擊穿電壓）、溫度系數(shù)、損耗因數(shù)等，實(shí)際應(yīng)用中需要測(cè)量的是電容量和損耗因數(shù)。第七章電子元器件測(cè)量儀器3.電感器 具有電感性質(zhì)的元件稱為電感器，簡稱電感，用L表示。電感在電路中也是一個(gè)儲(chǔ)能元件，電感量的單位是享利(H)。常用單位有毫享(mH)和微享(μH)。 實(shí)際電感器由于線圈存在直流電阻，使電感器消耗一定的能量，這種能量損耗稱為電感器的電阻損耗，此時(shí)電感器的等效電路如下圖所示。其中R的下標(biāo)P表示并聯(lián)；S表示串聯(lián)；L表示電感的等效電阻。第七章電子元器件測(cè)量儀器 實(shí)際電感器還存在分布電容，當(dāng)電感器工作在低頻時(shí)，分布電容可忽略。但工作在高頻時(shí)就必須考慮其影響，高頻時(shí)電感器的等效電路如下圖所示。第七章電子元器件測(cè)量儀器7.3萬用電橋原理及使用 工作在低頻電路中的元件參數(shù)通常采用電橋法進(jìn)行測(cè)量，電橋法實(shí)際上是一種比較測(cè)量法，它是把被測(cè)量與同類性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，從而確定被測(cè)量大小的方法。萬用電橋就是一種在低頻條件下測(cè)量電阻、電容和電感參數(shù)的交流阻抗電橋。 1.電橋的分類及平衡條件 直流電橋 平衡條件第七章電子元器件測(cè)量儀器交流電橋 其工作原理與直流電橋基本相同，所不同的是橋臂由電阻和電抗元件組成，采用交流電源供電，平衡指示表為交流電表，橋臂由電阻和電抗元件組成，因此它可以用來測(cè)量交流電阻、電容和電感元件的參數(shù)。

交流電橋的平衡條件有兩個(gè)：一個(gè)是幅度平衡條件，一個(gè)是相位平衡條件。為此，交流電橋至少應(yīng)有兩個(gè)可調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)元件。為了使調(diào)節(jié)方便，交流電橋有兩種基本形式：電阻比率電橋和電阻乘積電橋。第七章電子元器件測(cè)量儀器電橋法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍高精度（0.1%典型值）

使用不同電橋可得到寬頻率范圍

價(jià)格低

需要手動(dòng)平衡

單臺(tái)儀器的頻率覆蓋范圍較窄

頻率范圍：DC~300MHz

第七章電子元器件測(cè)量儀器諧振法

改變電容C直到電路諧振諧振時(shí)XL=XC僅有RX存在VRXDUTLXECVOSC第七章電子元器件測(cè)量儀器諧振法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍可測(cè)很高的Q值需要調(diào)諧到諧振阻抗測(cè)量精度低頻率范圍：10KHz~70MHz

第七章電子元器件測(cè)量儀器

電壓電流法

由測(cè)量的電壓值和電流值計(jì)算被測(cè)阻抗ZX電流通過它所流經(jīng)的RS上的電壓計(jì)算V1V2RSZXIOSC第七章電子元器件測(cè)量儀器電壓電流法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍可測(cè)量接地器件適合于探頭類測(cè)試需要使用簡單工作頻率范圍受使用探頭的變壓器的限制頻率范圍：10KHz~100MHz

第七章電子元器件測(cè)量儀器儀器分類阻抗測(cè)量儀器分為兩種一種是利用模擬阻抗測(cè)量的儀器采用電橋法的：萬用電橋；惠斯登電橋等各種電橋儀器采用諧振法的：Q表采用電壓-電流法的：多用表；可變電阻器；參數(shù)測(cè)測(cè)儀

第七章電子元器件測(cè)量儀器另一種是數(shù)字式阻抗測(cè)量儀器采用RF電壓電流法的：射頻阻抗分析儀采用自動(dòng)平衡電橋法的：LF阻抗測(cè)量儀采用網(wǎng)絡(luò)分析法的：網(wǎng)絡(luò)分析儀

第七章電子元器件測(cè)量儀器7.4高頻Q表原理及使用7.4.1高頻Q表的組成和工作原理1.高頻Q表的組成 高頻Q表一般由高頻振蕩電路、頻率指示器、測(cè)量回路、Q值指示電路和電源電路幾部分組成，基本組成框圖如圖所示。2.高頻Q表的工作原理 高頻Q表是利用諧振原理來進(jìn)行各種測(cè)量。用高頻Q表測(cè)量電感和電容時(shí)，通常采用替代法，其中又分為并聯(lián)替代法和串聯(lián)替代法，適于不同情況下使用。頻率指示高頻振蕩電路測(cè)量回路Q值指示電路第七章電子元器件測(cè)量儀器7.4.2高頻Q表的使用 QBG-3B型高頻Q表采用了晶體管和集成電路器件，振蕩頻率指示采用數(shù)字式頻率計(jì)，除具有一般Q表的測(cè)量功能外，還具有ΔQ測(cè)量和Q值設(shè)定功能，便于批量元件的測(cè)量。1.主要技術(shù)指標(biāo)Q值測(cè)量范圍：10～1000分4檔30；100；300；1000，準(zhǔn)確度±10%。電感量測(cè)量范圍：0.1μH～100mH分6檔。(0.1～1μH；1～10μH；10～100μH；0.1～1mH；1～10mH；10～100mH，準(zhǔn)確度±5%)電容量測(cè)量范圍：(1～460)pF。主調(diào)電容(40～500)pF；微調(diào)電容±3pF；準(zhǔn)確度150pF以上為±1%；150pF以下為±1.5pF。振蕩頻率范圍:50KHz～50MHz分6檔。(50～150)KHz；(150～500)KHz；(0.5～1.5)MHz；(1.5～5)MHz；(5～16)MHz；(16～50)MHz）。第七章電子元器件測(cè)量儀器2.面板布置3.使用方法（1）測(cè)試前準(zhǔn)備儀器水平放置：先校準(zhǔn)Q值指示表的機(jī)械零點(diǎn)，并將讀數(shù)微調(diào)度盤調(diào)到零。接通電源：預(yù)熱30min以上，待儀器穩(wěn)定后再進(jìn)行測(cè)量。每次測(cè)試前：應(yīng)先短接接線柱兩端，進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)。第七章電子元器件測(cè)量儀器（2）高頻線圈Q值的測(cè)量將被測(cè)線圈接在接線柱上：選擇測(cè)量頻段，并調(diào)節(jié)振蕩頻率到所需頻率值上。估計(jì)被測(cè)線圈的Q值：將Q值范圍開關(guān)放在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀Ｕ{(diào)主調(diào)電容器遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)位置：使Q值指示表指示最小，再調(diào)Q值零位校準(zhǔn)旋鈕，使Q值指示為零。調(diào)主調(diào)電容器到諧振：再調(diào)微調(diào)電容器到精確諧振點(diǎn)，即Q值指示表指在最大值，此時(shí)讀數(shù)即為被測(cè)線圈的有效Q值Qe。（3）高頻線圈電感量的測(cè)量將被測(cè)線圈接在Lx接線柱上；估計(jì)被測(cè)線圈的電感量,在面板對(duì)照表上選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率，將振蕩頻率調(diào)到這一標(biāo)準(zhǔn)頻率。估計(jì)線圈的Q值：將Q值范圍放在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀Ｕ{(diào)主調(diào)電容器到諧振：這時(shí)讀數(shù)盤上指示的讀數(shù)再乘以對(duì)照表上所指的倍數(shù)，即為線圈的有效電感量。第七章電子元器件測(cè)量儀器

(4)、電容器容量的測(cè)量A、在測(cè)量范圍內(nèi)的小于主調(diào)電容量的電容器的測(cè)量a.選一個(gè)適當(dāng)?shù)闹C振電感接到“Lx”的兩端：b.將微調(diào)電容調(diào)至零，主調(diào)電容器調(diào)到最大值附近，令這個(gè)電容是C1，如未知電容是小數(shù)值的．Cl應(yīng)調(diào)到較小電容值附近，以便達(dá)到盡可能高的分辨率：c.調(diào)訊號(hào)源的頻率，使測(cè)試回路諧振．令諧振器Q的讀數(shù)為Q1；

第七章電子元器件測(cè)量儀器d.將被測(cè)電容接在“Cx”兩端，調(diào)主調(diào)電容器，使測(cè)試電路再諧振·令新的調(diào)諧電容值為C2和指示Q值為Q2。被測(cè)電容的有效電容為Cx=C1一C2電容器損耗角正切tgδ可求第七章電子元器件測(cè)量儀器B、大于主調(diào)電容量的電容器用可替代法測(cè)量a.取一只適當(dāng)容量的標(biāo)準(zhǔn)電容量，其容量為C3．將它接在“Cx”接線柱上。b.按5A／a-c各測(cè)試步驟．

第七章電子元器件測(cè)量儀器c.取下標(biāo)準(zhǔn)電容器．將被測(cè)電容接到”Cx”接線柱,調(diào)節(jié)主調(diào)電容器到諧振．此時(shí)主調(diào)電容量讀數(shù)為C2．則Cx可由下式得到：Cx＝C3+C1－C2第七章電子元器件測(cè)量儀器(5)、諧振點(diǎn)自動(dòng)搜索功能的使用如果你對(duì)電感元件無法確定它的數(shù)值時(shí)，你就可用該功能來幫你尋找出它的諧振頻率點(diǎn)。步驟如下：a.把元件接以接線柱上：b.主調(diào)電容調(diào)到中間位上(大概)：

第七章電子元器件測(cè)量儀器c.按一下搜索按鍵．右上角指示燈亮?xí)r，儀器就進(jìn)人搜索狀態(tài)。儀器從最低工作頻率一直搜索到最高工作顴率．如果你的元件諧振點(diǎn)在頻率覆蓋區(qū)間內(nèi)，搜索結(jié)束后，將會(huì)自動(dòng)停在元件的諧振頻率點(diǎn)附近。如果臨時(shí)要退出搜索狀態(tài)，可再按一次搜索鍵，儀器會(huì)退出搜索操作。第七章電子元器件測(cè)量儀器4.測(cè)量注意事項(xiàng)（1）被測(cè)元件與儀器測(cè)量接線柱間的接線應(yīng)盡量短，足夠粗，接觸良好，以減小測(cè)量誤差。（2）被測(cè)元件不要直接放在儀器頂部，必要時(shí)用低耗絕緣材料作襯墊物隔開。（3）不要將手靠近被測(cè)件，以免人體感應(yīng)造成測(cè)量誤差。（4）有屏蔽罩的被測(cè)元件，屏蔽應(yīng)接在低電位的接線柱上。第七章電子元器件測(cè)量儀器7.5晶體管特性圖示儀

晶體管特性圖示儀是一種采用圖示法直接在示波管上顯示各種晶體管特性曲線的多用途測(cè)試儀器，通過儀器的標(biāo)尺刻度可直接讀出晶體管的各項(xiàng)參數(shù)。如測(cè)量PNP和NPN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、各種擊穿電壓、各類晶體二極管的正反向特性；場(chǎng)效應(yīng)管的漏極特性、轉(zhuǎn)移特性、夾斷電壓和跨導(dǎo)等參數(shù)，此外還可測(cè)量單結(jié)晶體管和晶閘管的特性參數(shù)。與其他晶體管測(cè)試儀相比，晶體管特性圖示儀具有用途廣泛，直接顯示和讀數(shù)簡便等優(yōu)點(diǎn)，尤其是在晶體管的各種極限參數(shù)和擊穿特性的觀測(cè)上，由于測(cè)試時(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)過載而不致造成損壞，因此對(duì)晶體管的測(cè)試和晶體管的合理應(yīng)用都帶來極大的方便，但圖示儀不能用于測(cè)量晶體管的高頻參數(shù)。第七章電子元器件測(cè)量儀器7.5.1晶體管特性圖示儀的組成和工作原理1.圖示儀的組成 晶體管特性圖示儀是由集電極掃描電壓發(fā)生器、基極階梯信號(hào)發(fā)生器、同步脈沖發(fā)生器、X放大器和Y放大器、示波管及控制電路、電源電路幾部分組成，基本組成原理框圖如圖所示。集電極掃描電壓發(fā)生器?？僧a(chǎn)生如圖7-23所示的集電極掃描電壓，它是正弦半波，幅值可以調(diào)節(jié)，用于形成水平掃描線。第七章電子元器件測(cè)量儀器基極階梯信號(hào)發(fā)生器?？僧a(chǎn)生基極階梯電流信號(hào)，階梯高度可以調(diào)節(jié)，用于形成多條曲線簇。同步脈沖發(fā)生器。用于產(chǎn)生同步脈沖，使上述兩信號(hào)達(dá)到同步。X放大器和Y放大器。用于把從被測(cè)器件上取出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大，然后送至示波管的相應(yīng)偏轉(zhuǎn)板上，以形成掃描曲線。示波管及控制電路。它與通用示波器的電路基本相同。電源電路。為儀器提供各種工作電源，包括低壓電源和示波管所需的高頻高壓電源。第七章電子元器件測(cè)量儀器2.圖示儀的測(cè)量原理（1）二極管正、反向特性曲線的測(cè)試原理框圖（2）三極管的輸入、輸出特性曲線測(cè)試原理框圖

第七章電子元器件測(cè)量儀器（3）場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和轉(zhuǎn)移特性曲線測(cè)試原理框圖7.5.2晶體管特性圖示儀的使用方法 晶體管特性圖示儀的型號(hào)很多，但使用方法基本相同。下面以HZ4832型晶體管特性圖示儀為例，說明圖示儀的主要技術(shù)參數(shù)和使用方法。HZ4832型晶體管特性圖示儀是一種用示波管顯示半導(dǎo)體器件的各種特性曲線，并可測(cè)量其表態(tài)參數(shù)的測(cè)試儀器。第七章電子元器件測(cè)量儀器1.主要技術(shù)指標(biāo)集成極電流范圍（Ic）0.5μA/div～1A/div分20檔誤差不超過±3％（IR）50nA/div～1μA/div分5檔誤差不超過±15％基極電流或基極源電壓0.01V/div誤差不超過±３％外接輸入0.01V/div誤差不超過±３％X軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)（VC）10mV/div～50V/div分12檔誤差不超過3％（VD）300V/div誤差不超過10％基極電流或基極源電壓0.01V/div誤差不超過３％外接輸入0.01V/div誤差不超過３％階梯信號(hào)階梯電流范圍：0.5μA級(jí)～100mA級(jí)分17檔誤差不超過5％階梯電壓范圍：0.05V/極～1V／極分5檔誤差不超過5％串聯(lián)電阻：0、10KΩ、1MΩ分3檔誤差不超過±10％每簇級(jí)數(shù)：1～10級(jí)連續(xù)可調(diào)。每秒級(jí)數(shù)：200極性：正、負(fù)、異分三檔。第七章電子元器件測(cè)量儀器集電極掃描信號(hào)峰值電壓范圍及電流容量0～5V檔（10A）0～50V檔（1A）0～100V檔（0.5A）0～500V檔（0.1A）0～3K檔（5mA）0～100VAC檔（0.5A）功耗限制電阻0～500KΩ分11檔誤差不超過±10％。2.使用說明第七章電子元器件測(cè)量儀器3.HZ4832晶體管特性圖示儀使用范例測(cè)試前的注意事項(xiàng) 正確、安全地使用本儀器，并使本儀器發(fā)揮最大的效能，這與使用者的熟悉程度有關(guān)，如果使用不當(dāng)會(huì)損壞被測(cè)管甚至損壞儀器的內(nèi)部電路，為此在使用本儀器前必須注意下列事項(xiàng)，以保證正確安全地進(jìn)行測(cè)試。（1）對(duì)被測(cè)管的主要直流參數(shù)的熟悉與了解，特別要了解該被測(cè)管的集電極最大允許耗散功率PCM，集電極對(duì)其他極的最大反向擊穿電壓如BVceo，BVcbo，集電極最大允許電流ICM等主要指標(biāo)。（2）在測(cè)試前首先要確定被測(cè)管極性（即PNP或NPN）。（3）集電極電壓輸出按至其輸出電壓不應(yīng)超過被測(cè)管允許的集電極電壓，一般情況下將峰值電壓旋至零，輸出電壓按至合適的檔極，并將功耗電阻置于一定的阻值，同時(shí)將X、Y偏轉(zhuǎn)開關(guān)置于合適的檔極，此檔極以不超過上述幾個(gè)主要直流參數(shù)為原則（實(shí)際上X、Y偏轉(zhuǎn)開關(guān)并不直接影響被測(cè)管，但由于所選擇的位置相差過遠(yuǎn)，會(huì)不易覺察某些特性已大大超過允許值而導(dǎo)致被測(cè)管損壞）。（4）在進(jìn)行ICM的測(cè)試時(shí)一般采用單次階梯為宜，以防止被測(cè)管的電流擊穿。（5）在進(jìn)行IC或ICM測(cè)試中應(yīng)根據(jù)集電極電壓的實(shí)際情況，不應(yīng)超過儀器規(guī)定的最大電流。第七章電子元器件測(cè)量儀器測(cè)試前的開機(jī)與調(diào)節(jié)（1）開啟電源按下電流開關(guān)，此時(shí)指示燈亮，待預(yù)熱十分鐘后可以進(jìn)行正常測(cè)試。在必要時(shí)測(cè)量進(jìn)線電壓以在220V±10%的范圍內(nèi)為宜。（2）調(diào)節(jié)輝度聚焦、輔助聚焦調(diào)節(jié)方法：面板上開關(guān)位置按下表所示設(shè)置集電極電源峰值電壓范圍0～5V集電極電壓調(diào)節(jié)0功耗電阻1KΩX軸VC（電壓/度）0.5V/度X工作方式選擇開關(guān)┴（中）Y軸IC（電流/度）1mA/度Y工作方式選擇開關(guān)┴（中）X、Y位移X、Y位移旋鈕置于中心位置第七章電子元器件測(cè)量儀器（3）Y、X靈敏度分別進(jìn)行10度校準(zhǔn) 調(diào)節(jié)方法：Y、X移位旋鈕置于中心位置，將Y（或X）方式開關(guān)置“校準(zhǔn)”，“拉校”電位器拉出，此時(shí)光點(diǎn)應(yīng)有10度偏轉(zhuǎn)，如超過或不到應(yīng)進(jìn)行增益（R120，R159）調(diào)節(jié)。（5）階梯調(diào)零調(diào)節(jié)方法：面板上開關(guān)位置按下表設(shè)置集電極電源峰值電壓范圍0～5V集電極電壓調(diào)節(jié)0極性NPN+功耗電阻1KΩX軸VC（電壓/度）1V/度X工作方式選擇開關(guān)+（上）Y軸IC（電流/度）1μA/度Y工作方式選擇開關(guān)+（上）階梯信號(hào)極性+方式重復(fù)輸入正常第七章電子元器件測(cè)量儀器