电子元器件测量与仪器ppt课件.ppt

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1、1,第6章 电子元器件测量与仪器,6.1 概述 6.2 伏安法及数字化测量6.3 电桥法测量集中参数元件6.4 谐振法测量集中参数元件6.5 晶体管特性图示仪及应用本章小结,2,第6章 电子元器件测量与仪器,学习参考：本章主要介绍电阻、电感、电容、晶体管等电子元器件的测量及测试仪器的组成原理，要求通过学习理解电子元器件的测试方法及原理，了解测量仪器的组成及使用方法。本章要点：集中参数元件的等效，集中参数元件的测量方法、工作原理及电桥、Q表、晶体管特性图示仪的组成及使用。,3,6.1 概 述在电子技术中，电子元器件的测量主要包括集中参数元件的测量和晶体管、场效应管等器件的测量。集中参数元件测量是

2、指对电阻、电容、电感、阻抗品质因数Q及损耗因数D的测量。虽然理想元件中只包含大小恒定不变的纯电阻或纯电抗，但实际的集中参数元件并非如此，因此，集中参数元件的测量还包括Q、D的测量。如图6.1所示，实际电阻器可以等效为纯电阻R与寄生电感LR的串联。寄生电感是由于绕制电阻的金属丝或碳膜电阻制造过程中的刻槽等原因而产生的。在低频状态下，LR很小，故可以忽略绕制电阻而产生的寄生电感LR的影响，但在高频状态下，应考虑LR的影响。,4,如图6.2(a)、图6.2(b)所示，实际电容器可以等效为串联损耗电阻RCS与纯电容C的串联或并联损耗电阻RCP与纯电容C的并联。损耗电阻包括电容漏电阻和介质损耗电阻。事实

3、上实际电容器还存在引线电感，因为低频状态下引线电感的感抗很小，可以忽略。通常用损耗因数Dx（或损耗角正切tan）来表示电容器的损耗大小。图6.2(a)、图6.2(b)分别具有如下关系：,5,Dx=tan=RCS/XC=CRCS Dx=tan=XC/RCP=1/CRCP式中，XC为电容器的容抗；为电容器的损耗角。如图6.3(a)、图6.3(b)所示，实际电感器可以等效为串联损耗电阻RLS与纯电感L的串联或并联损耗电阻RLP与纯电感L的并联。事实上实际电感器还包含分布电容，但在频率不高的情况下，由于分布电容的影响较小，故可以忽略。通常用品质因数Q来表示电容器的损耗大小。图6.3(a)、图6.3(b

4、)分别具有如下关系：Q=XL/RLS=L/RLSQ=RLP/XL=RLP/L,6,集中参数元件的测量包括伏安法、电桥法和谐振法三种。6.2 伏安法及数字化测量6.2.1 伏安法伏安法，即电压表-电流表法，是根据欧姆定律来测量集中元件参数的。该方法使用方便，但测量精确度较差，仅适用于低频测量，比较适合直流电阻的测量。图6.4(a)、图6.4(b)分别为电流表外接、内接的伏安法测量集中参数元件原理图。在忽略电压表、电流表内阻影响的情况下，根据欧姆定律有：Z=U/I,7,当测量直流电阻时，电源为直流电源，则R=Z=U/I 当测量电容或电感时，角频率为的交流电压作为电源，由电容、电感等效电路的分析可知

5、，二者都可以等效为电阻与电抗的串联，即阻抗的模值Z为 在忽略损耗电阻影响的情况下，存在关系：,8,XL=L(6-1)上述分析中，均忽略了电压表、电流表内阻的影响，实际测量的准确度较低。当被测元件阻抗远大于或者可以与电压表输入阻抗相比拟时，比较适合采用电流表内接的方法；反之，比较适合采用电流表外接的方法。由式（6-1）可知，如果测量时保持两个参数不变，而只改变一个参数，就可以用一个测量仪表进行测量。例如，测量电容时，保持频率和电压不变，则流过电容器的电流I与电容C之间存在单值对应的关系，电流表即可以刻度成电容的单,9,位，该仪表称为法拉计。伏安法可以测量1到数百兆欧范围内的电阻以及1pF到数百微

6、法的电容。6.2.2 阻抗的数字化测量 阻抗的测量包括电感、电容、电阻等元器件的测量。阻抗的数字化测量是利用正弦信号在被测阻抗两端产生交流电压，然后对电压实部和虚部进行分离，最后利用电压的数字化测量来实现阻抗的测量。1.电感元件的测量 图6.5为电感-电压（L-V）变换器原理图。图中左半部分为阻抗-电压变换部分；同步检波器实现实部、虚部分离；峰值检波器完成交-直流电压变换，并提供基准电压。U1、U2、,10,Ur都要送到电压表双积分式A/D变换器。经过分析得到：（6-2）（6-3）分析式（6-2）、（6-3）可见，因为Ur、R1均为常数，只要利用双积分式数字多用表测出U1、U2来，即可换算出R

7、x、Lx及Qx的大小来。,11,2.电容元件的测量 图6.6为电容-电压变换器的阻抗交流变换部分，其他部分与电感电压变换器的结构相似。利用上述方法，可得：U2=R1UrCx 由此可见，也可以利用数字多用表来实现Cx、Rx及Dx的测量。,12,3.LCR参数测试仪 图6.7为LCR参数测试仪原理图。经分析得知：（）（S）式中，R为等效串联电阻；X为等效串联电抗；G为等效并联电导；B为等效并联电纳。,13,由上述分析可见，只要先测出 和，再把 和 同步整流并分解出实部和虚部，进而计算出上式中R，X，G，B，最后以数字形式显示出被测元件R，L，C，D，Q等参数。测量线圈或电容时，可以选择它们的串联等

8、效电路或并联等效电路来进行测量。一般来说，对小容量电容和高阻抗线圈，采用并联等效电路测量，而对电解电容等大容量电容或小阻抗线圈采用串联等效电路进行测量。6.3 电桥法测量集中参数元件电桥法又称为指零法，是利用零指示器作为电桥平衡指示器，根据电桥平衡时，各桥臂之间的关系来确定被测量。该方法的工作频率较宽，测量精度较高，可达10-4，比较适合低频阻抗元件的测量。该方法构成的测量仪器称为平衡电桥或电,14,桥。电桥分为直流电桥和交流电桥两大类，前者用于测量直流电组，后者用于测量电容、电感等参数，在此主要讨论交流电桥。6.3.1 交流电桥 1.工作原理 图6.8为交流电桥原理图，主要由桥体、电源G及平

9、衡指示器P等组成。桥体由Z1、Z2、Z3、Zx四个桥臂组成，桥臂由电阻和电抗元件组成。电源为纯正弦交流电源。当IP=0时，电桥处于平衡状态，电桥平衡条件如下：或,15,即(6-4)x+2=1+3(6-5)由此可见，要使交流电桥完全平衡，必须同时满足式（6-4）和式（6-5），即振幅平衡条件和相位平衡条件。所以当相邻两桥臂为纯电阻时，另外两个桥臂应呈现同性电抗；当某一对角桥臂为纯电阻时，另外一对角桥臂应呈现异性电抗；当两个桥臂由纯电阻构成时，呈现电抗特性的桥臂必须由标准可调电阻和电抗件构成，该电抗件一般选用标准可调电容。于是，当Z1、Z2为纯电阻R1、R2时，满足关系：（6-6）,16,当Z1、

10、Z3为纯电阻R1、R3时，满足关系：（6-7）由式（6-6）和式（6-7）得，当两个邻臂为纯电阻时的电桥称为臂比电桥，它比较适于测量电容；当两个相对桥臂为纯电阻时的电桥称为臂乘电桥，它比较适于测量电感。交流电桥的电源必须为纯正弦波交流电源，否则，由于电源中频率成分的复杂，会使电桥产生假平衡，从而产生很大的误差。为了提高测量精确度，IP要经过选频放大器放大、检波器检波后送入检流计。为了减小杂散耦合的影响，电桥各部分之间要良好屏蔽，但即使如此，交流电桥也只适合在音频或低射频段使用，高频段的测量适合选用谐振法。例6-1 图6.9(a)为测量低Q电感的麦克斯韦电桥桥体，试,17,求Rx、Lx、Qx各是

11、多少？解：该交流电桥平衡条件为：经推导，得：Rx=R1R2/RsLx=R1R2Cs Qx=Lx/Rx=RsCs 例6-2 图6.9(b)为测量高Q电感的海氏电桥桥体，试求Rx、Lx、Qx各是多少？解：该交流电桥平衡条件为：,18,经推导，得：Rx=R1R2/RSLx=R1R2CS 例6-3 图6.10(a)为测量低损耗电容的串联电阻式比较电桥桥体，试求Rx、Cx、Dx各是多少？解：该交流电桥平衡条件为：,19,经推导，得：Dx=CxRx=RsCs 例6-4 图6.10(b)所示为测量高损耗电容的并联电阻式比较电桥桥体，试求Rx、Cx、Dx各是多少？解：该交流电桥平衡条件为：经推导，得：,20,

12、2.QS18A型万用电桥（1）组成QS18A型万用电桥是一种便携式交流电桥，主要用于测量电阻、电感、电容等参数。其组成如图6.11所示，主要由桥体、信号源（1kHz）和晶体管检流计三部分组成。桥体是电桥的核心部分，实际上是由直流电桥、交流电容电桥及电感电桥组合而成。使用时，通过变换开关进行切换，以实现不同参数或量程的测量。（2）测量电容,21,测量电容时，桥体连接成如图6.12所示的形式。Cx、Rx分别为被测电容的容量、串联等效电阻阻值，R2由标准粗调、细调电阻器组成。调节桥体中可调电阻器使电桥平衡，根据电桥平衡条件，可导出：由此可知，在量程确定的情况下，只要C2保持不变，可以通过调节R3使电

13、桥平衡。其中，Cx、Rx、Dx可由有关度盘读出数值。,22,（3）测量电感测量电感时，桥体连接如图6.13所示。Lx、Rx分别是被测电感的电感量、串联等效损耗电阻。当电桥平衡时有：Lx=R1R2C3 Qx=C3R3（4）使用方法图6.14为QS18A型万用电桥面板结构图。面板上各开关旋钮的作用如下：被测元件接线柱 用于连接被测元件。外接插孔 用于外接音频电源。,23,外-内1kHz选择开关，用于选择电桥工作电源。量程开关，确定测量范围，各示值是指电桥读数在满刻度时的最大值。,24,损耗微调旋钮，用于细调平衡时的损耗，一般情况下置于“0”位置。损耗倍率选择开关，分为三挡：Q1，D0.1，D1。根

14、据不同情况，按照表6-1选择合适挡位。测量电阻时，该开关不起作用。指示电表，用于指示电桥的平衡状态。当电桥平衡时，电表指示为零。接地。灵敏度调节旋钮，用于控制电桥放大器的放大倍数。,25,开始测量时，应降低灵敏度，随后再逐渐增大。读数调节旋钮（读数盘）用于调节电桥的平衡状态，由粗调和细调组成。损耗平衡调节旋钮 用于指示被测元件（电容或电感）的损耗因数或品质因数。测量选择开关 用于确定电桥的测量内容。测量完毕，此开关应置于“关”位置，以降低机内干电池的损耗。使用方法如下：将被测元件接到“被测元件接线柱”，拨动电源选择开关至“内1kHz”位置，如果用外部电源，则将外部电源接到“外接”插孔上，拨动电

15、源选择开关至“外”的位置。根据被测量，将测量选择开关旋至“C”、“L”、“R10”,12,11,26,或“R10”处。估计被测量的大小，选择量程开关的位置。根据被测元件的情况，按照表6-1选择合适的损耗倍率开关挡位。根据电桥平衡情况，调整灵敏度调节旋钮使指示电表读数由小逐步增大。反复调节电桥的读数盘和损耗平衡旋钮，并在调整过程中逐步提高指示电表的灵敏度直至电桥平衡。此时存在如下关系：Lx（或Cx）=量程开关指示值电桥读数盘示值Qx（或Dx）=损耗倍率指示值损耗平衡盘指示值,27,例6-5 用QS18A型万用电桥测量线圈的电感量Lx及Qx值，当电桥平衡时，左边读数盘（粗调）示值为0.6，右边读数

16、盘（细调）示值为0.028，量程开关在100mH挡上，损耗倍率开关在Q1挡上，损耗平衡盘读数为3.5，求被测电感Lx和品质因数Qx。解：由QS18A型万用电桥的使用方法介绍，可知：Lx=(0.6+0.028)100mH=62.8mH Qx=13.5=3.5 答：（略）6.3.2 不平衡电桥 依据电桥平衡条件进行测量的电桥称为平衡电桥，它的操,28,作繁琐、测量时间长，平时所说的电桥通常是指平衡电桥。不平衡电桥是通过直接测量电桥非平衡状态下流经指示器的电流或两端电压大小来测量集中参数元件的，它的操作简便、测量时间短、易实现数字化测量。1.测量电阻 图6.15为新型不平衡电桥测量电阻的电路图，图中

17、。经推导，得知：,29,30,（6-8）分析式（6-8）可见，不平衡电桥可以快速方便地测量电阻量；新型不平衡电桥电压Uo与其电源电压无关，电源电压的波动对测量不产生影响；电压Uo与被测电阻Rx成正比，使测量示值线性化，测量准确度较高。老式不平衡电桥示值非线性，受电源电压等的影响大，测量准确度较低。2.测量电感、电容不平衡电桥测量电感电路与图6.15相似，分别用标准电感L、被测电感Lx代替标准电阻R和被测电阻Rx。测量电容时，分别用标准电容C、被测电容Cx代替R和Rx。测量电感、,31,电容时，用交流电源代替直流电源。经进一步推导得知，测量电感、电容时存在下列关系：因此，不平衡电桥可以快速方便地

18、测量电感量、电容量，其不足之处是不能测量品质因数、损耗因数等参数。6.4 谐振法测量集中参数元件 谐振法又称Q表法，是以LC谐振回路谐振特性为基础而进行测量的方法。在高频段，谐振法受杂散耦合等的影响较小，且比较符合电感、电容的实际工作情况，因此，谐振法高频段,32,测量结果比较可靠，是测量高频元件的常用方法。6.4.1 Q表的组成及工作原理 谐振法构成的测量仪器称为Q表，适合在高频状态下测量电容量、电感量、电容损耗因数、谐振回路或电感品质的因数。它由测量回路、信号源、耦合回路及Q值电压表等部分组成，图6.16为Q表工作原理图，设测量回路电流有效值、总电感、总电容为I、L、C。Q表各组成部分的作

19、用如下：,33,（1）信号源信号源为正弦信号源，其振荡频率范围即为Q表工作频率范围。（2）耦合回路它将信号源输出的信号馈入到测量回路，其耦合方式通常为电阻耦合方式，称之为插入电阻，为减小信号源对测量回路的影响，要求耦合电阻R2要很小（如0.04）。高频段、超高频段Q表则分别选用电容、电感作为Q表耦合元件。（3）Q值电压表即Q值刻度的电压表，用于指示Q值大小。当Q值电压表指示电压最大时，测量回路处于谐振状态。,34,（4）测量回路即LC谐振回路，它由电感、电容及回路等效损耗电阻R组成。Q表就是根据该回路的谐振特性来测量的。如果测量回路处于谐振状态，则存在如下关系：（6-9）I=Us/R=UL/X

20、L=UC/XC Q=XL/R=XC/R Q=UC/Us=UL/Us,35,可见，在Us一定时，电压表可以刻度成为Q值指示器；改变Io值可以扩大品质因数的测量范围，电流表则变成了Q值倍乘指示器。6.4.2 测量电感谐振法测量电感，除了依据式（6-9）直接测量（直接法）外，还包括串联替代法和并联替代法。1.串联替代法串联替代法适合测量小电感，如图6.17所示，图中信号源与测量回路之间采用的互感耦合方式为松耦合，否则，信号源内阻将严重影响测量回路的谐振特性而产生谐振点误判。其测量步骤如下：将1、2端短接，调节Cs到较大电容C1位置，调节信号,36,源频率，使回路谐振，设谐振频率为f0，此时满足：（6

21、-10）去掉1、2之间的短路线，将Lx接入回路，保持信号源频率f0不变，调节Cs至C2使回路重新谐振，此时满足：（6-11）求解式（6-10）和式（6-11）组成的方程组，得：2.并联替代法 并联替代法适合测量大电感，始终将图6.17中1、2两端,37,短接。其测量步骤如下：不接入Lx，调小可变电容Cs为C1，调节信号源频率使回路谐振，设谐振频率为f0，此时满足：（6-12）将Lx接至3、4端，保持信号源频率f0不变，调节Cs至C2使回路重新谐振，此时满足：（6-13）求解式（6-12）和式（6-13）组成的方程组，得：6.4.3 测量电容 谐振法测量电容，一般采用串联替代法和并联替代法。,3

22、8,替代法可以有效地消除分布电容或引线电感所造成的影响。1.串联替代法 串联替代法适合测量大电容，如图6.17所示。其测量步骤如下：将1、2端短接，调小可变电容Cs为C1，调节信号源频率使测量回路谐振，设谐振频率为f0。去掉短路线，将被测电容Cx接至1、2端，保持信号源频率f0不变，调节Cs至C2使测量回路重新谐振。上述两步，测量回路中的电感以及前后两次的谐振频率未变，因此，前后两次测量回路的等效电容值是相等的，即,39,2.并联替代法并联替代法适合测量小电容，如图6.17所示，图中1、2端始终短接或接入一标准电感，其测量步骤如下：1）不接入被测电容Cx，调大可变电容Cs为C1，调节信号源频率

23、使测量回路谐振，设谐振频率为f0。2）将被测电容接至3、4端，保持信号源频率f0不变，调节Cs至C2使测量回路重新谐振。3）上述两步，测量回路中的电感以及前后两次的谐振频率未变，因此，前后两次测量回路的等效电容值是相等的，即 C1=C2+Cx Cx=C1C2,40,6.4.4 Q表实例及使用方法图6.18为QBG-3型Q表面板结构图，它的使用方法如下：,41,1.测量准备测量前先对定位表和Q值表进行机械调零，然后将定位粗调逆时针调到底，将“定位零位校直”和“Q值零位校直”置于中间，“微调（电容）”调到零，开机预热10min。2.电感线圈Q值的测量将被测线圈接到Lx接线柱上；调节频率旋钮及波段开

24、关至测量所需的频率点；选择合适的Q值挡级；调节“定位零位校直”旋钮使定位表指示为零，调节定位粗调及定位细调旋钮使定位表指针指到“Q1”处；调整主调电容度盘远离谐振点，再调节“Q值零位校直”使Q值表指针指在零点上，最后调解主调电容度盘和微调旋钮使回路谐振（Q值表指示最大），则Q值表的示值即为被测线圈的Q值。,42,3.电感量的测量首先估计一下被测线圈的电感量，按照表6-2选出对应频率，再调节波段开关及频率旋钮使信号源频率达到所需频率值；将“微调”置于零点，调节主调电容度盘使Q值表指示最大。此时，被测线圈的电感量等于主调电容度盘上读出的电感值乘以L、f、倍率对照表中的倍率。,43,4.线圈分布电容

25、的测量将主调电容度盘调至某一适当电容值上（一般为200pF），记为C1；再调节波段开关及频率旋钮使Q值表指示最大，即找到谐振点f1；重新调节波段开关、频率旋钮使信号源频率为f1的两倍，然后调节主调电容度盘使Q值表指示最大，记为C2。则分布电容量C0可由下式计算：C0=(C14C2)/35.电容量的测量被测电容量大小不同，其测量方法也不同。主要有以下两种情况：（1）小于460pF电容的测量,44,可以采用并联替代法来测量。从Q表附件中选取一只电感量大于1mH的标准电感接至Lx接线柱，将“微调”调到零，主调电容度盘调至最大（500pF），记为C1；然后调节“定为零位校直”和“Q值零位校直”旋钮使定

26、位表及Q值表指示为零，再调节定位粗调及定位细调旋钮使定位表指针指在“Q1”处；最后调节频率旋钮及波段开关，使Q值表指示最大。将被测电容接至Cx接线柱，重调主调电容度盘使Q值表指示最大，此时度盘读数为C2，则被测电容Cx等于：Cx=C1-C22）大于460pF电容的测量可以采用串联替代法来测量。将标准电感接至Lx接线,45,柱，调节主调电容度盘，使Q值表指示最大，读盘读数记为C1；取下标准电感，将其与被测电容串联后再接于Lx接线柱上，重调主调电容度盘使Q值表指示再次达到最大，此时度盘读数记为C2。被测电容Cx为：6.电容损耗因数的测量 首先将主调电容度盘调至500pF，记为C1，将大于1mH的标

27、准电感接至Lx接线柱，调节波段开关及频率旋钮使Q值表指示最大，设它的读数为Q1；然后将被测电容并接于Cx接线柱上，调小主调电容度盘至某值，设为C2，重调信号源频率使Q值表再次指示最大，设读数为Q2，则损耗因数Dx为：,46,7.注意事项使用Q表测量过程中应注意，被测元件不能直接放在仪器顶板上，要加一块高频损耗小的如聚乙烯之类的衬垫板；被测元件接线要短且接触良好；被测元件的屏蔽罩要接到低电位接线柱上。6.5 晶体管特性图示仪及应用晶体管特性图示仪简称为图示仪，是一种采用图示法在荧光屏上直接显示各种晶体管、场效应管等的特性曲线，并据此测算出元器件各项参数的元器件测试仪器，例如测量PNP和NPN型三

28、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、击穿电压，各类晶体二极管的正反向特性；场效应管漏极特性、转移特性、夹断电压和跨导等参,47,数。与示波器的区别是晶体管特性图示仪能够自身提供测试时所需要的信号源，并将测试结果以曲线形式显示在荧光屏上。晶体管特性图示仪具有用途广泛、直接显示、使用方便、操作简单等优点。尤其在晶体管各种极限参数和击穿特性的观测时，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会造成损坏，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。6.5.1 晶体管特性图示仪的组成 图6.19是共发射极NPN型三极管输出

29、特性曲线及其逐点测量法示意图。图6.19(a)中，先固定基极电流IB，改变EC值，,48,可测得一组uCE和iC值；再改变基极电流IB，重复上述过程，可测得多组数值。适当选取坐标，即可得到三极管输出特性曲线，如图6.19(b)所示。晶体管特性仪的测量为动态测量法，逐点测量法是晶体管特性图示仪的测量原理基础。晶体管特性图示仪应具备以下功能：,49,能够提供测试过程所需的各种基极电流IB。每一个固定IB期间，集电极电压EC应作相应改变。能够及时取出各组uCE及iC值送显示电路。晶体管特性图示仪主要由阶梯波发生器、集电极扫描信号源、测试变换电路、控制电路、X-Y方式示波器等部分组成，如图6.20所示

30、。因为iRF=iEIB=iC，uY(t)=iC(t)RF，所以uY(t)能够反映出iC(t)的变化情况。而且集电极扫描信号源与uCE（t）的变化一致，因此将uY(t)与集电极扫描电压加到示波器上即可得到三极管输出特性曲线。阶梯波信号源用来提供测试所需的各种基极阶梯电压或电流IB，图6.21(b)为基极电流波形图，阶梯高度可以调节，用于形成多条曲线簇。为避免被测管功耗过大而损坏，,50,一般选用图6.22所示占空比可调的脉冲阶梯波，这样既可使晶体管导通时间减小，避免损坏被测管，又可提高图示仪的性能。,51,集电极扫描电路使每一个固定IB期间，集电极电压uCE(t)作相应改变，通常是由50Hz市电

31、经全波整流得到的100Hz正弦半波电压，如图6.21(a)和图6.21(d)所示。X放大器和Y放大器用于对取自被测器件上的电压信号进行放大，然后送示波管偏转板形成扫描曲线。测试变换电路是为适应测试NPN、PNP管而设立的。通过测试变换电路可使晶体管基极电压、电流和阶梯波、集电极扫描电压的极性按不同要求而改变，并选择合适的显示信号送至X、Y偏转板，以显示各种不同的曲线。示波管与X轴放大器和Y轴放大器通一起构成X-Y方式的示波器。控制电路用于完成集电极扫描信号源与阶梯波信号源,52,的同步等功能。集电极扫描信号源（或uCE(t)）、uY(t)被放大后，分别加到X、Y偏转板上，得到的输出特性曲线如图

32、6.21(c)所示，图中的，与图6.21(a)图的，对应，箭头表明了得到输出特性曲线的扫描过程，特性曲线自下而上分别与图6.21(b)图中的14相对应，描绘曲线的速率为每秒100条，二者的同步关系称为上100级/秒（每秒100个台阶），如图6.23(a)所示。改变二者的时间关系可以得到不同的曲线，图6.23(b)和图6.23(c)所示的同步关系分别称为200级/秒（每秒200个台阶）、下100级/秒。6.5.2 阶梯波信号源图6.24为阶梯波信号源组成框图，主要由阶梯波形成级、阶梯波放大器等部分组成。50Hz正弦电压经过移相、整,53,54,流送入脉冲形成级，经限幅放大变为窄脉冲，阶梯波形成级

33、在开关电路的控制下产生阶梯波电压输出，再经过阶梯波放大器放大输出所需的阶梯波电压，或者根据需要由阶梯波放大器输出放大的阶梯波电流。图6.25为JT-1型晶体管特性图示仪的密勒积分型阶梯波形成电路。放大器为反向放大器，它的电压增益、输入阻抗很大、输出阻抗很小，则UA0。S为开关电路控制开关。C1、VD1分别为箝位电容和箝位二极管。当S断开时，输入负脉冲Ui经电路输出阻抗Zo、VD2对电容C2充电，UO=UC2。当第一个脉冲,55,到来时，C2的充电电源为Ui，C2上充电U1=；第二个脉冲到来时，充电电源为Ui+U1，由于C2上已有电压U1，所以净充电源仍为Ui，同理，以后各次充电均如此，输出端得

34、到正向均匀阶梯波电压，调节C1、C2可调节台阶大小。当S闭合时，电容C2迅速放电，电路无输出，当再次断开S时，阶梯波完成一个重复周期。开关S周期性闭合，就能输出周期性的阶梯波。6.5.3 晶体管特性图示仪的使用 1.XJ4810型晶体管特性图示仪的面板结构 图6.26为XJ4810型晶体管特性图示仪面板图，各开关旋钮的作用如下：,56,57,（1）电源及示波管控制部分电源及示波管控制部分开关旋钮包括：聚焦、辅助聚焦、辉度及电源开关，各自的使用方法与示波器相似。（2）集电极电源1）“峰值电压范围”选择开关“峰值电压范围”选择开关用于选择集电极电源最大值。其中AC挡能使集电极电源变为双向扫描，使屏

35、幕同时显示出被测二极管的正、反方向特性曲线。当电压由低挡换向高挡时，应先将“峰值电压%”旋钮旋至0。2）“峰值电压%”旋钮调节“峰值电压%”旋钮使集电极电源在确定的峰值电压范围内连续变化。,58,3）“+、”极性按键开关按下“+、”极性按键开关时集电极电源极性为负，弹起时为正。4）“电容平衡”、“辅助电容平衡”旋钮当Y轴为较高电流灵敏度时，调节“电容平衡”、“辅助电容平衡”旋钮两旋钮使仪器内部容性电流最小，使荧光屏上的水平线基本重叠为一条。一般情况下无需调节。5）“功耗限制电阻”旋钮“功耗限制电阻”旋钮用于改变集电极回路电阻的大小。测量被测管的正向特性时应置于低电阻挡，测量反向特性时应置于高阻

36、挡。（3）Y轴部分,59,1）“电流/度”旋钮“电流/度”旋钮是测量二极管反向漏电流IR及三极管集电极电流IC的量程开关。当开关置于“”（该挡称为基极电流或基极源电压）位置时，可使屏幕Y轴代表基极电流或电压；当开关置于“外接”时，Y轴系统处于外接收状态，外输入端位于仪器左侧面。2）“移位”旋钮“移位”旋钮可进行垂直移位外，还兼作倍率开关，当旋钮拉出时，指示灯亮，Y轴偏转因数缩小为原来的1/10。3）“增益”电位器“增益”电位器用于调整Y轴放大器的总增益，即Y轴偏转因数。一般情况下无需经常调整。,60,（4）X轴部分1）“电压/度”旋钮“电压/度”旋钮是集电极电压UCE及基极电压UBE的量程开关

37、。当开关置于“”位置时，可使屏幕X轴代表基极电流或电压；当开关置于“外接”时，X轴系统处于外接收状态，外输入端位于仪器左侧面。2）“增益”电位器“增益”电位器用于调整X轴放大器的总增益，即X轴偏转因数。一般情况下无需经常调整。（5）显示部分1）“变换”选择开关,61,“变换”选择开关用于同时变换集电极电源及阶梯信号的极性，以简化NPN型管与PNP管转测时的操作。2）“”按键开关“”按键开关按下时，可使X、Y放大器的输入端同时接地，以确定零基准点。3）“校准”按键开关“校准”按键开关用于校准X轴及Y轴放大器增益。开关按下时，在荧光屏有刻度的范围内，亮点应自左下角准确地跳至右上角，否则应调节X轴或

38、Y轴的增益电位器来校准。（6）阶梯信号1）“电压电流/级”旋钮“电压电流/级”旋钮用于确定每级阶梯的电压值或电流,62,值。2）“串联电阻”开关“串联电阻”开关用于改变阶梯信号与被测管输入端之间所串接的电阻大小，但只有当电压电流/级开关置于电压挡时，本开关才起作用。3）“级/簇”旋钮“级/簇”旋钮用于调节阶梯信号一个周期的级数，可在110级之间连续调节。4）“调零”旋钮“调零”旋钮用于调节阶梯信号起始级电平，正常时该级为零电平。,63,5）“+、”极性按键开关“+、”极性按键开关用于确定阶梯信号的极性。6）“重复关”按键开关“重复关”按键开关弹起时，阶梯信号重复出现，用作正常测试；当开关按下时

39、，阶梯信号处于待触发状态。7）“单簇按”开关“单簇按”开关与“重复关”按键开关配合使用。当阶梯信号处于调节好的待触发状态时，按下该按钮，指示灯亮，阶梯信号出现一次，然后又回至待触发状态。（7）测试台部分图6.27为XJ4810型晶体管特性图示仪测试台面板图，各,64,开关旋钮的作用如下：1）“左”、“右”按键开关 开关按下时，分别接通左、右边的被测管。2）“二簇”按键开关“二簇”按键开关按下时，图示仪自动交替接通左、右两只被测管，此时可同时观测到两管的特性曲线，以便对它们进行比较。3）“零电压”、“零电流”按钮“零电压”、“零电流”按钮按下时，分别将被测管的基极接地、基极开路，后者用于测量IC

40、EO、BUCEO等参量。,65,2.XJ4810型晶体管特性图示仪的使用方法与注意事项（1）使用方法开启电源，指示灯亮，预热15min后使用。调节辉度、聚焦、辅助聚焦等旋钮，使屏幕上的亮点或线条清晰。X、Y灵敏度校准。将峰值电压%旋钮选为0，屏幕上的亮点移至左下角，按下显示部分中的校准按键开关，此时亮点应准确地跳至右上角。否则，应调节X轴或Y轴的增益电位器来校准。阶梯调零。当测试中要用到阶梯信号时，必须先进行阶梯调零，其过程如下：将阶梯信号及集电极电源均置于“+”极性，“电压/度”置于“1V/度”，“电流/度”置于“”，“电压电,66,流/级”置于“0.05V/级”，“重复开关”置于重复，“级

41、/簇”置于适中位置，“峰值电压范围”置于10V挡，调节“峰值电压%”旋钮使屏幕上的扫描线满度，然后按下“”按键，观察此时亮点在屏幕上的位置，再将按键复位，调节调零旋钮使阶梯波起始级处于亮点位置，这样，阶梯信号的零电平即被校准。（2）注意事项 应特别注意阶梯信号选择、功耗限制电阻、峰值电阻范围旋钮的使用，如果使用不当会损坏被测晶体管。测试大功率晶体管和极限参数、过载参数时，应采用单簇阶梯信号，以防过载损坏被测器件。测试MOS型场效应管时，应特别注意不要使栅极悬空，以免感应电压过高击穿被测管。,67,测试完毕后，使仪器复位，以防下次使用时因疏忽而损坏被测器件。此时应将“峰值电压范围”置于（010V

42、）挡，“峰值电压调节”旋到零位，阶梯信号选择开关置于关挡，“功耗限制电阻”置于10k以上位置。6.5.4 晶体管特性图示仪特性曲线测试举例晶体管特性图示仪可直接测试晶体管各种组态的输出、输入特性以及各种参数的测量。这里仅介绍部分特性曲线的测试方法。1.二极管特性曲线的测试二极管特性曲线的测试原理如图6.28所示。测试二极管时只需观察流过二极管的电流与二极管两端电压之间的关系，不必使用阶梯信号源。将二极管的正极和,68,负极分别插入C、E两个接线端即可。测正向特性时加正极性扫描电压，测反向特性时加负极性扫描电压。集电极扫描电压接至X轴，RF上的取样电压接至Y轴，则可显示出相应的特性。为了能显示出

43、二极管的正反向特性，把未扫描时的亮点调至显示屏的中心位置，扳动扫描电压极性开关则可分别显示出正反向特性曲线。新型的晶体管图示仪，集电极扫描电压有双向扫描功能，可使正反向特性曲线同时显示在荧光屏上。根据显示出,69,的特性曲线，依据定义可测量出二极管的各种参数，如整流二极管的正向压降、反向电流，稳压管的稳定电压、动态电阻等。2.三极管特性曲线的测试（1）三极管输出特性曲线测试 NPN型三极管输出特性曲线测试原理如图6.20所示。选择集电极扫描电压、基极阶梯信号的极性及扫描电压的峰值电压范围，Y轴作用开关置于“集电极电流”某合适挡位，X轴作用开关置于“集电极电压”某合适挡位；基极接入阶梯信号（连续

44、或脉冲），“阶梯选择”置于阶梯电流某合适位置，“功耗限制电阻”选取合适数值，插入被测三极管，加大集电极扫描电压，即可显示出三极管共射输出特性曲线。,70,（2）三极管输入特性曲线的测试三极管输入特性曲线的测试原理如图6.29所示。此时被测管的集电极仍接全波整流扫描电压，基极接入连续阶梯（或脉冲阶梯）信号，二者极性由被测管管型确定，Y轴作用开关置于“基极电流或基极源电压”，“X轴作用”置于“基极电压”某合适挡位，阶梯电流iB及扫描电压uCE的调节方法同上。,71,PNP型三极管特性曲线测试时，集电极电源极性、阶梯极性为负极性，与测试NPN型三极管时的极性相反。3.场效应管特性曲线的测试（1）漏极

45、特性曲线的测试测试时，将场效应管的漏极、栅极和源极分别插入C、B、E接线端。场效应管iD和uDS的选择与一般晶体管的iC、uCE相似，如图6.30所示。2.场效应管转移特性曲线测试用转移特性曲线测量场效应管的夹断电压UP、饱和漏极电流IDSS与跨导gm比较直观。将X放大器接到栅极（即面板上“基极电压”位置），如图6.31所示。由于阶梯电压加在X轴方向，在屏幕上形成许多上端有亮点的竖线，如图6.32所示。由,72,亮点连接起来的曲线即为转移特性曲线。该曲线与X轴的交点所对应的UGS为夹断电压UP，曲线的斜率为跨导gm，曲线与Y轴交点所对应的iD为漏极饱和电流IDSS。,73,本章小结 本章主要介

46、绍了伏安法、电桥法、谐振法等集中参数元件的测量与仪器，以及晶体管特性曲线的测量方法与仪器，是电子元器件测量的基础知识。（1）电子元器件测量主要包括电阻、电容、电感、损耗因数、品质因数等集中参数的测量及晶体管特性参数的测量。低频状态下的电阻、电容、电感属于集中参数元件。（2）伏安法是根据欧姆定律来测量集中元件参数的。测量精确度较,74,差，仅适用于低频测量，一般用来测量直流电阻。（3）集中参数元件阻抗的数字化测量实质上属于阻抗-电压变换法测量。它利用正弦信号在被测阻抗两端产生交流电压，并对实部和虚部进行分离，最后利用电压的数字化测量来实现阻抗的测量。（4）电桥法是根据电桥平衡条件来测量的。所用仪

47、器称为平衡电桥或电桥。电桥法比较适合低频阻抗元件的测量，电桥由桥体、零指示器、电源等部分组成。（5）电桥分为直流电桥和交流电桥，交流电桥又有臂比、臂乘电桥之分。臂比电桥比较适于测量电容；臂乘电桥比较适于测量电感。（6）不平衡电桥通过直接测量电桥非平衡状态下流经指示器的电流或两端电压大小来进行测量。它也可以用来测量集中参数元件。不平衡电桥易实现集中参数元件的快速数字化测量。（7）谐振法又称Q表法，是依据LC谐振回路谐振特性而进行测量的方法。谐振法比较适合高频元件的测量。谐振法测量仪器称为Q表，Q表由测量回路、信号源、耦合回路及Q值电压表等部分组成。,75,（8）Q表法测量电感、电容时一般采用替代法，要正确使用Q表。（9）晶体管特性图示仪是一种元器件测量仪器，用来显示元器件的特性曲线、测量、值等参数，主要由阶梯波发生器、集电极扫描电路、测试变换电路和示波器等组成。,