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第7章 电子元器件测量仪器,7.1 概述7.2 集总参数元件特性7.3 万用电桥原理及使用7.4 高频Q表原理及使用7.5 晶体管特性图示仪本章小结,7.1 概述,电子元器件中，电阻器、电容器和电感器为基本电路元件；晶体二极管、三极管、场效应管、单结管、晶闸管等为半导体器件；运算放大器、数字逻辑电路、半导体存储器、微处理器等为集成电路器件。不同类型的电子元器件，需要使用不同的仪器进行测量。基本电路元件按其在电路中的工作频率不同，采用不同的测量方法和仪器。工作在低频电路中的元件，常采用电桥法测量，通常使用直流电桥、交流电桥和万用电桥；工作在高频电路中的元件，常采用谐振法测量，通常使用Q表、高频电感电容测量仪。因为半导体器件需要测量的参数很多，有直流参数、低频参数和高频参数，应根据需要测量参数的不同选择不同的测试仪进行测量。常用的仪器有晶体管特性图示仪、晶体管直流参数测试仪、h参数测试仪、Y参数测试仪和场效应管测试仪等。,7.2 集总参数元件特性,电阻器、电容器、电感器这些基本电子元件，由于它们的特性可由两端的电压和电流之间的关系来确切表达，这种关系可用参数来描述，因此又称集总参数元件。1.电阻器具有电阻性质的元件称为电阻器，简称电阻，用R表示。电阻在电路中是耗能元件，电阻值的单位是欧姆(),常用单位还有千欧(K)和兆欧(M)。电阻器的主要参数有电阻值及其误差，额定功率，温度系数等。实际应用中，需要测量的主要参数是电阻值。实际电阻器并不是纯电阻，存在引线电感和分布电容，当电阻器工作在低频时，主要为电阻性质，电抗性质可忽略。但工作在高频时就必须考虑其影响，高频时电阻器的等效电路如图所示。,2.电容器具有电容性质的元件称为电容器，简称电容，用C表示。电容在电路中是一个储能元件，电容量的单位法拉(F),常用单位有微法(F)和皮法(pF)。实际电容器由于极间的电介质存在漏电阻（RCP），会使电容器消耗一定的能量，这种能量损耗称为电容器的介质损耗，此时电容器的等效电路如图所示。电容器的主要参数有电容量及其误差、额定电压（击穿电压）、温度系数、损耗因数等，实际应用中需要测量的是电容量和损耗因数。,3.电感器具有电感性质的元件称为电感器，简称电感，用L表示。电感在电路中也是一个储能元件，电感量的单位是享利(H)。常用单位有毫享(mH)和微享(H)。实际电感器由于线圈存在直流电阻，使电感器消耗一定的能量，这种能量损耗称为电感器的电阻损耗，此时电感器的等效电路如下图所示。其中R的下标P表示并联；S表示串联；L表示电感的等效电阻。,实际电感器还存在分布电容，当电感器工作在低频时，分布电容可忽略。但工作在高频时就必须考虑其影响，高频时电感器的等效电路如下图所示。,7.3 万用电桥原理及使用,工作在低频电路中的元件参数通常采用电桥法进行测量，电桥法实际上是一种比较测量法，它是把被测量与同类性质的标准量进行比较，从而确定被测量大小的方法。万用电桥就是一种在低频条件下测量电阻、电容和电感参数的交流阻抗电桥。1.电桥的分类及平衡条件直流电桥平衡条件,交流电桥其工作原理与直流电桥基本相同，所不同的是桥臂由电阻和电抗元件组成，采用交流电源供电，平衡指示表为交流电表，桥臂由电阻和电抗元件组成，因此它可以用来测量交流电阻、电容和电感元件的参数。交流电桥的平衡条件有两个：一个是幅度平衡条件，一个是相位平衡条件。为此，交流电桥至少应有两个可调节的标准元件。为了使调节方便，交流电桥有两种基本形式：电阻比率电桥和电阻乘积电桥。,2.万用电桥的组成和工作原理为了测量使用方便，几种不同类型的电桥组合起来，使之具有测量电阻、电容和电感元件参数的功能，这种电桥称为万用电桥，电桥主要由测量桥体、音频振荡器、交流放大器和平衡指示表(检流计)几部分组成，如图所示。测量桥体由惠斯登电桥、电容串联比较电桥(一种比率电桥)、麦氏-文氏电桥(一种乘积电桥)组合而成，使用时通过转换开关进行切换。,3.万用电桥的使用DF2811ADF2811BDF2812DF2812A型LCR数字电桥是以微处理技术为基础的自动测量电感L、电容量C、阻抗R、品质因素Q、损耗角正切值的智能化参数测量仪器，其0.1的基本精度和高分辨率的显示对于元件测量的质量和可靠性的提高将有莫大的帮助。本仪器采用了先进的测量原理与五端测量技术，可以长期精确测量而无需专门调校。为保证仪器的精确测量，可通过仪器自校准功能将存在于测试端上的杂散电抗和引线电阻进行清“0”。仪器有通用测量夹具和五端测试电缆各一付供用户选择使用。（1）主要技术指示测量参数：电感量L、电容量C、阻抗R、品质因素Q、损耗角正切值D测量频率：100HZ0.02、1KHZ0.02、10KHZ0.02（DF2811A）100HZ0.02、1KHZ0.02（DF2812）100HZ0.02、120HZ0.02、10KHZ0.02（DF2812A）测量范围及精度（如表所示）,测试信号电平：0.3Vrms10（空载）测试速度：28次/秒，量程锁定时为8次/秒工作环境 温度：040 湿度：不大于90RH大气压力：86104Kpa使用电源：220V1050HZ2HZ30VA外形尺寸：350320100mm重量：约5kg,DF2811A前面板,使用方法 使用前注意事项在对仪器进行操作前，首先应详细阅读仪器说明书，或在对本仪器熟悉的人员指导下进行，以免产生误操作。电源输入相线零线应与本仪器电源插头上标志的相线，零线相同。将测试所用夹具或测试电缆连接于本仪器前面板标志为HD、HS、LS、LD四个测试端。在使用测试电缆时，应将HD与HS短接，LD与LS短接。对具有屏蔽外壳的被测件，应把屏蔽层与仪器地“”相连。仪器应在技术指标规定的环境中工作，仪器特别是连接试件的测试导线应远离强电磁场，以免对测量产生干扰。仪器测试完毕或排除故障需打开仪器时，应电源开关置于OFF位置并拔下电源插头。仪器测试夹具或测试电缆应保持清洁，以保证试件接触良好，夹具簧片调整至适当的松紧程度。带电电容冲击保护本仪器具有专门设计带电电容的抗冲击电路，使由于带电电容对仪器的破坏性大大降低。,操作步骤插上电源插头，将面板电源开关按至ON，显示窗口应有不断反滚的数字显示，否则重新启动电源。预热10分钟，待机内达到热平衡后，进行正常测试。根据被测器件，选用合适的测试夹具或电缆，选用测试电缆应保证HD、HS和LD、LS分别在末端短接。被测试件引线应清洁，与测试端保持良好的接触。根据被测件要求选择相应测量条件。根据被测件的测试标准或使用要求按频率键，选择相应的测量频率，例DF2811A可选择100HZ、1KHZ、10KHZ三个频率。仪器以五位数值显示主参数，使用参数键选择L、C、R，单位如下：L：H、mH、HC：pF、nF、FR：、K、M本仪器共分五个量程，五个高精密电阻依次应用于各个量程，不同量程决定了不同的测试范围，所有量程构成了仪器完整的测试范围。量程处于自动状态，使用者将试件插入后所获得的测量值并不直接送显示，而是首先判断此测量是否选择了最佳量程，当在最佳量程时才将数据送至显示器显示。在此状态最多可能需三次才能完成一次测量。当量程处于锁定状态时，仪器量程锁定于当前量程，当量程锁定时，仪器测试速度为8次/秒，仪器不进行量程选择，可提高机内继电器使用寿命，降低仪器故障率。使用锁定键应首先将一需要批量测试的元件插入测试夹具，待数据稳定无误后锁定键“锁定”灯亮，设定便完成了。,7.4 高频Q表原理及使用,7.4.1 高频Q表的组成和工作原理1.高频Q表的组成高频Q表一般由高频振荡电路、频率指示器、测量回路、Q值指示电路和电源电路几部分组成，基本组成框图如图所示。2.高频Q表的工作原理高频Q表是利用谐振原理来进行各种测量。用高频Q表测量电感和电容时，通常采用替代法，其中又分为并联替代法和串联替代法，适于不同情况下使用。,7.4.2 高频Q表的使用QBG-3B型高频Q表采用了晶体管和集成电路器件，振荡频率指示采用数字式频率计，除具有一般Q表的测量功能外，还具有Q测量和Q值设定功能，便于批量元件的测量。1.主要技术指标Q值测量范围：101000分4档30；100；300；1 000，准确度10%。电感量测量范围：0.1H100mH分6档。(0.11H；110H；10100H；0.11mH；110mH；10100mH，准确度5%)电容量测量范围：(1460)pF。主调电容(40500)pF；微调电容3pF；准确度150pF以上为1%；150pF以下为1.5pF。振荡频率范围:50KHz50MHz分6档。(50150)KHz；(150500)KHz；(0.51.5)MHz；(1.55)MHz；(516)MHz；(1650)MHz）。,2.面板布置3.使用方法（1）测试前准备仪器水平放置：先校准Q值指示表的机械零点，并将读数微调度盘调到零。接通电源：预热30min以上，待仪器稳定后再进行测量。每次测试前：应先短接接线柱两端，进行零点校准。,（2）高频线圈Q值的测量将被测线圈接在接线柱上：选择测量频段，并调节振荡频率到所需频率值上。估计被测线圈的Q值：将Q值范围开关放在适当的位置上。调主调电容器远离谐振点位置：使Q值指示表指示最小，再调Q值零位校准旋钮，使Q值指示为零。调主调电容器到谐振：再调微调电容器到精确谐振点，即Q值指示表指在最大值，此时读数即为被测线圈的有效Q值Qe。（3）高频线圈电感量的测量将被测线圈接在Lx接线柱上；估计被测线圈的电感量,在面板对照表上选择一个标准频率，将振荡频率调到这一标准频率。估计线圈的Q值：将Q值范围放在适当的位置上。调主调电容器到谐振：这时读数盘上指示的读数再乘以对照表上所指的倍数，即为线圈的有效电感量。,4.测量注意事项（1）被测元件与仪器测量接线柱间的接线应尽量短，足够粗，接触良好，以减小测量误差。（2）被测元件不要直接放在仪器顶部，必要时用低耗绝缘材料作衬垫物隔开。（3）不要将手靠近被测件，以免人体感应造成测量误差。（4）有屏蔽罩的被测元件，屏蔽应接在低电位的接线柱上。,7.5 晶体管特性图示仪,晶体管特性图示仪是一种采用图示法直接在示波管上显示各种晶体管特性曲线的多用途测试仪器，通过仪器的标尺刻度可直接读出晶体管的各项参数。如测量PNP和NPN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、各种击穿电压、各类晶体二极管的正反向特性；场效应管的漏极特性、转移特性、夹断电压和跨导等参数，此外还可测量单结晶体管和晶闸管的特性参数。与其他晶体管测试仪相比，晶体管特性图示仪具有用途广泛，直接显示和读数简便等优点，尤其是在晶体管的各种极限参数和击穿特性的观测上，由于测试时采用瞬时电压和瞬时电流，能使被测晶体管只承受瞬时过载而不致造成损坏，因此对晶体管的测试和晶体管的合理应用都带来极大的方便，但图示仪不能用于测量晶体管的高频参数。,7.5.1 晶体管特性图示仪的组成和工作原理1.图示仪的组成晶体管特性图示仪是由集电极扫描电压发生器、基极阶梯信号发生器、同步脉冲发生器、X放大器和Y放大器、示波管及控制电路、电源电路几部分组成，基本组成原理框图如图所示。集电极扫描电压发生器。可产生如图7-23所示的集电极扫描电压，它是正弦半波，幅值可以调节，用于形成水平扫描线。,基极阶梯信号发生器。可产生基极阶梯电流信号，阶梯高度可以调节，用于形成多条曲线簇。同步脉冲发生器。用于产生同步脉冲，使上述两信号达到同步。X放大器和Y放大器。用于把从被测器件上取出的电压信号进行放大，然后送至示波管的相应偏转板上，以形成扫描曲线。示波管及控制电路。它与通用示波器的电路基本相同。电源电路。为仪器提供各种工作电源，包括低压电源和示波管所需的高频高压电源。,2.图示仪的测量原理（1）二极管正、反向特性曲线的测试原理框图（2）三极管的输入、输出特性曲线测试原理框图,（3）场效应管的漏极和转移特性曲线测试原理框图 7.5.2 晶体管特性图示仪的使用方法晶体管特性图示仪的型号很多，但使用方法基本相同。下面以HZ4832型晶体管特性图示仪为例，说明图示仪的主要技术参数和使用方法。HZ4832型晶体管特性图示仪是一种用示波管显示半导体器件的各种特性曲线，并可测量其表态参数的测试仪器。,1.主要技术指标集成极电流范围（Ic）0.5A/div1A/div分20档 误差不超过3（IR）50nA/div1A/div分5档 误差不超过15基极电流或基极源电压 0.01V/div 误差不超过外接输入0.01V/div 误差不超过X轴偏转因数（VC）10mV/div50V/div 分12档 误差不超过3（VD）300V/div 误差不超过10基极电流或基极源电压 0.01V/div 误差不超过外接输入 0.01V/div 误差不超过阶梯信号阶梯电流范围：0.5A级100mA级 分17档 误差不超过5阶梯电压范围：0.05V/极1V极分 5档误差不超过5串联电阻：0、10K、1M分3档 误差不超过10每簇级数：110级连续可调。每秒级数：200极性：正、负、异分三档。,集电极扫描信号峰值电压范围及电流容量05V档（10A）050V档（1A）0100V档（0.5A）0500V 档（0.1A）03K档（5mA）0100VAC档（0.5A）功耗限制电阻0500K分11档误差不超过10。2.使用说明,3.HZ4832晶体管特性图示仪使用范例测试前的注意事项正确、安全地使用本仪器，并使本仪器发挥最大的效能，这与使用者的熟悉程度有关，如果使用不当会损坏被测管甚至损坏仪器的内部电路，为此在使用本仪器前必须注意下列事项，以保证正确安全地进行测试。（1）对被测管的主要直流参数的熟悉与了解，特别要了解该被测管的集电极最大允许耗散功率PCM，集电极对其他极的最大反向击穿电压如BVceo，BVcbo，集电极最大允许电流ICM等主要指标。（2）在测试前首先要确定被测管极性（即PNP或NPN）。（3）集电极电压输出按至其输出电压不应超过被测管允许的集电极电压，一般情况下将峰值电压旋至零，输出电压按至合适的档极，并将功耗电阻置于一定的阻值，同时将X、Y偏转开关置于合适的档极，此档极以不超过上述几个主要直流参数为原则（实际上X、Y偏转开关并不直接影响被测管，但由于所选择的位置相差过远，会不易觉察某些特性已大大超过允许值而导致被测管损坏）。（4）在进行ICM的测试时一般采用单次阶梯为宜，以防止被测管的电流击穿。（5）在进行IC或ICM测试中应根据集电极电压的实际情况，不应超过仪器规定的最大电流。,测试前的开机与调节（1）开启电源 按下电流开关，此时指示灯亮，待预热十分钟后可以进行正常测试。在必要时测量进线电压以在220V10%的范围内为宜。（2）调节辉度聚焦、辅助聚焦调节方法：面板上开关位置按下表所示设置,（3）Y、X灵敏度分别进行10度校准调节方法：Y、X移位旋钮置于中心位置，将Y（或X）方式开关置“校准”，“拉校”电位器拉出，此时光点应有10度偏转，如超过或不到应进行增益（R120，R159）调节。（5）阶梯调零调节方法：面板上开关位置按下表设置,集电极电压调节从0慢慢加大到100，用Y轴移位将扫描线与第一条线度线重合，然后将Y轴-IC（电流/度）打至阶梯位置，屏幕上出现十一条扫描线，调节调零电位器，使第一条扫描线与第一条刻度线重合 NPN型3DG945晶体管的VCE-IC特性曲线测试（1）面板上开关位置按表设置。,（2）按E、B、C插好被测晶体管。（3）测量选择“左”或“右”置于被测管一边。（4）集电极电压调节从0慢慢加大，屏幕上将出现如图所示图形。,PNP型2N3055晶体管的VCE-IC特性曲线测试测量步骤：（1）面板上开关位置按表设置。,（2）按E、B、C插好被测晶体管。（3）测量选择“左”或“右”置于被测管一边。（4）集电极电压调节从0慢慢加大，屏幕上将出现如图所示图形。,本章小结,工作在低频电路中的元件参数通常采用电桥法进行测量，电桥法实际上是一种比较测量法，它是把被测量与同类性质的标准量进行比较，从而确定被测量大小的方法。万用电桥就是一种在低频条件下测量电阻、电容和电感参数的交流阻抗电桥。高频Q表是利用谐振原理来进行各种测量。用高频Q表测量电感和电容时，通常采用替代法，其中又分为并联替代法和串联替代法。晶体管特性图示仪是一种采用图示法直接在示波管上显示各种晶体管特性曲线的多用途测试仪器，通过仪器的标尺刻度可直接读出晶体管的各项参数。晶体管特性图示仪是由集电极扫描电压发生器、基极阶梯信号发生器、同步脉冲发生器、X放大器和Y放大器、示波管及控制电路、电源电路几部分组成。,