电子器件参数仪器的分类1半导体分立器件测量仪器课件.ppt

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1、任务4 电子元器件参数测量与仪器应用,5.0 案例分析5.1 集总参数阻抗的测量5.2 电子器件特性及参数测量仪器,在科研和生产中，经常要测量电子元件的参数，即电阻的阻值、电容器的电容、电感器的电感以及品质因数Q等。电子元件是最基本的电子产品，是构成电子整机、系统的基础，它们的性能优劣直接影响电子设备的质量。测试仪器主要有电桥和Q表等仪器。一般对低频元件用电桥法测量，高频元件用谐振法测量。,案例 4 电子元件参数的测量,案例 4 电子元件参数的测量,电桥主要用来测量电阻器的阻值、电感器的电感量及品质因数Q、电容器的电容量及损耗因数D等。电桥主要用于：（1）精确评价元件的性能，保证元件在使用条件

2、下满足要求。（2）元件生产线快速检测或进货检验。（3）大致估计元件的性能。,5.1集总参数阻抗的测量,1）电阻器,1、集总参数元件简介,理想的电阻器是纯电阻元件，即不含电抗分量，流过它的电流与其两端的电压同相。实际电阻器总存在一定的寄生电感和分布电容，其等效电路如图5-1所示。,图5-1 实际电阻器的等效电路,2）电容器,1、集总参数元件简介,实际电容器也不可能是理想的纯电容，还存在引线电感和损耗电阻（包括漏电阻及介质损耗等）。实际电容器的等效电路如图5-2所示。,2）电容器,1、集总参数元件简介,图 5-2 实际电容器的等效电路,3）电感器,1、集总参数元件简介,实际电感器除电感量外，同样存

3、在损耗电阻，还存在分布电容。在频率不太高的情况下，分布电容的影响可以忽略不计。故实际电感器的等效电路如图5-3所示。,3）电感器,1、集总参数元件简介,图5-3 实际电感器的等效电路,1）直流电桥 直流电桥又称为惠斯通电桥，主要用来测量电阻。其原理和电路结构如图5-4所示。,2、电桥法测集总参数元件,2）交流电桥 交流电桥主要用于测量电容、电感等元件的参数，其原理如图5-5所示。,2、电桥法测集总参数元件,2）万用电桥的原理 万用电桥可以测量电阻器、电容器和电感器，其基本组成如图5-6所示。电路由桥体、测量用信号源（振荡器）、选频放大器、检波器和指零仪组成。桥体是电桥的核心部分，由标准电阻、标

4、准电容和转换开关组成。,2、电桥法测集总参数元件,2）万用电桥的组成,2、电桥法测集总参数元件,QS18A型万用电桥是目前应用较广泛的一种万用电桥，它主要由桥体、交流电源（晶体管振荡器）、晶体管检流计三部分组成，如图5-10所示。其中桥体是仪器的核心，使用时通过转换开关切换，分别组成惠斯登电桥、并联电容比较电桥和麦克斯韦+文氏电桥，用以测量电阻、电容和电感。,3、典型仪器介绍QS18A型万用电桥的使用,3、典型仪器介绍QS18A型万用电桥的使用,3、典型仪器介绍QS18A型万用电桥的使用,1）、面板说明 QS18A型万用电桥的面板如图5-11所示。,3、典型仪器介绍QS18A型万用电桥的使用,

5、2）、使用方法（1）电容的测量：估计被测电容的大小，旋动“量程”开关置于适当位置，使量程值大于被测电容容量；将“测量选择”开关置于“C”，损耗倍率置于“D0.01”（测一般电容）或“D1”（测电解电容），反复调节“读数”及“损耗平衡”旋钮，使电表指零。当电桥平衡时，被测量、分别为：=“量程”开关指示值“读数”指示值=损耗倍率指示值“损耗平衡”指示值,3、典型仪器介绍QS18A型万用电桥的使用,2）、使用方法（2）电感的测量：估计被测电感量的大小，将“量程”开关置于合适位置，“测量选择”开关置于“L”，损耗倍率开关置于合适位置（测不带铁心线圈放在“Q1”，测较高Q的值滤波线圈放在“D0.01”，

6、此时Q=1/D，测铁心电感线圈放于“D1”）；反复调节“读数”及“损耗平衡”，使电桥平衡。,3、典型仪器介绍QS18A型万用电桥的使用,2）、使用方法（3）电阻的测量：估计被测电阻值的大小，将“量程”开关、“测量选择”开关置于合适的位置。如被测电阻在10以内，“量程”开关应置于“1”或“10”位置，“测量选择”开关应置于“R10”，否则，上述开关应分别置于1001M之间和R10位置。,4、谐振法测量集总参数元件,采用谐振法，即利用回路的谐振特性来测量高频阻抗元件，方法简单，且可以在接近实际工作频率下测量，从而测量结果可靠。依据谐振法制成的Q表特别适合于高Q值、低损耗阻抗元件的测量。,4、谐振法

7、测量集总参数元件,谐振法测量原理 如图5-12所示的R、L、C串联电路，当信号源频率与回路谐振频率相同时，电路产生串联谐振，满足下列关系式图5-12 串联谐振电路谐振频率:,4、谐振法测量集总参数元件,4、谐振法测量集总参数元件,2)测量方法(1）直接测量法(2)并联替代法(3)串联替代法,5、典型仪器介绍 QBG-3型Q表的使用,QBG-3型Q表是根据谐振法测量原理的一种典型仪器。它能在高频状态下测量电容量、电感量、损耗因数及品质因数等参数。Q表又称品质因数测量仪。,1）工作原理QBG-3型Q表工作原理如图5-19所示。它由高频振荡器、LCR测量回路及输入、输出指示器三部分组成。,5、典型仪

8、器介绍 QBG-3型Q表的使用,5、典型仪器介绍 QBG-3型Q表的使用,1）使用方法 QBG-3型Q表的面板如图5-20所示。连接被测元件的接线柱位于机箱的顶部。,5、典型仪器介绍 QBG-3型Q表的使用,5、典型仪器介绍 QBG-3型Q表的使用,(1)测量前的准备：使用前必须对“定位”电压表和“Q值”电压表进行机械调零，然后将“定位粗调”旋钮沿逆时针方向转到底，“定位零位较直”及“Q值零位较直”旋钮置于中间，“微调”（电容器）旋钮旋至零。其次，被测元件与接线柱之间的连线应越粗、越短越好。,1）使用方法,5、典型仪器介绍 QBG-3型Q表的使用,(2)线圈Q值的测量：将被测线圈接到“”接线柱

9、上。调节“频率旋钮”及“波段开关”至测量所需的频率点。将“Q值范围”置于适当挡位。调节“定位零位校直”旋钮使“定位电压表”指示为零，调节“定位粗调”和“定位细调”使“定位”电压表的指针指到“Q1”处。,1）使用方法,5、典型仪器介绍 QBG-3型Q表的使用,(3)线圈电感量的测量：首先估计被测线圈的电感值，在“、对照表”上找出对应的频率，再调节“波段开关”及“频率旋钮”至这个频率值。,1）使用方法,5、典型仪器介绍 QBG-3型Q表的使用,(4)电容量的测量：根据被测电容容量的大小，其测量方法有以下两种。a.小于460pF电容的测量。从仪器附件中取一只电感量大于1mH的标准电感接于“”接线柱上

10、，将“微调”调至零，主调电容度盘调至最大（500pF），记作；然后调节“定位零位校直”和“Q值零位校直”，使“定位”电压表及Q表指示为零。,1）使用方法,5、典型仪器介绍 QBG-3型Q表的使用,(4)电容量的测量：根据被测电容容量的大小，其测量方法有以下两种。b.大于460pF电容的测量。可以采用前述的串联替代法来测量。,1）使用方法,5、典型仪器介绍 QBG-3型Q表的使用,(5)电容损耗因数的测量：首先将主调电容度盘调至500pF，记作。将大于1mH的标准电感（附件）接于“”接线柱上，调节“波段开关”及“频率旋钮”，使Q表指示最大，设此时Q表读数为；然后将被测电容并接于“”接线柱上，调小

11、主调电容度盘至某值，记作,1）使用方法,5.2 电子器件特性及参数测量仪器,1、电子器件参数仪器的分类,1）半导体分立器件测量仪器,半导体分立器件有二极管、双极型晶体管、场效晶体管、闸流晶体管（晶闸管）和光电子器件等种类。通常一种仪器只能测量几类器件的部分参数。根据所测参数的类型，半导体分立器件测量仪器大致可分为下列四种。,1、电子器件参数仪器的分类,1）半导体分立器件测量仪器,（1）直流参数测量仪器（2）交流参数测量仪器（3）极限参数测量仪器（4）晶体管特性图示仪,1、电子器件参数仪器的分类,2）数字集成电路测试仪器,数字集成电路主要有TTL和CMOS集成电路等。对其测试的内容主要有直流测试

12、、交流测试和功能测试三部分。,1、电子器件参数仪器的分类,3）模拟集成电路测试仪,模拟集成电路包括运算放大器、稳压器、比较器及专用模拟集成电路等。模拟集成电路的测试有直流测试和交流测试。,2、晶体管特性曲线的测量,晶体管特性曲线是指其有关电极的电压-电流之间或者电流-电流之间的关系曲线。测绘晶体管特性曲线主要有点测法（静态法）和 图示法（动态法）。,2、晶体管特性曲线的测量,1）描点测法,以晶体管输出特性曲线为例，测试电路如图5-22所示。先调节，固定一个值，再调节使从零变到某一固定值，测出一组与的数据，描绘出一条为某一固定值的的曲线；再利用调节改变一个值，重复上述过程，可得另一条曲线；最终完

13、成被测晶体管的输出特性曲线。,2、晶体管特性曲线的测量,1）描点测法,图5-22 点测法测量晶体管输出特性曲线,2、晶体管特性曲线的测量,2）图示法,若用集电极扫描电压源代替点测法中的可调直流电源，用阶梯波信号代替提供基极电流的可调直流电源，就得到图5-23所示的图示法测量系统。,2、晶体管特性曲线的测量,2）图示法,图5-23 图示法测量晶体管输出特性曲线,3、晶体管特性图示仪,晶体管特性图示仪，又称半导体管特性图示仪。它是一种专用示波器，在示波管屏幕上可直接观察半导体分立器件的特性曲线，借助屏幕上的标尺刻度，还能直接或间接地测定其相应的参数。,3、晶体管特性图示仪,1)基本组成 晶体管特性

14、图示仪的基本组成如图5-25所示，它主要由阶梯波信号源、集电极扫描电压发生器、工作于X-Y方式的示波器、测试转换开关及一些附属电路组成。,3、晶体管特性图示仪,3、晶体管特性图示仪,2)晶体管特性图示仪测量原理（1）二极管特性曲线及测试原理框图如图 5-26 所示。测试正向特性加正极性扫描电压，测试反向特性时加负极性扫描电压。不必使用阶梯信号。将集电极电压接至X轴，上的取样电压接至Y轴，即可显示相应的特性曲线。,3、晶体管特性图示仪,3、晶体管特性图示仪,2)晶体管特性图示仪测量原理（2）晶体管输出特性曲线=及测试原理框图如图5-27所示。其测试原理在前面已经介绍过，这里不再赘述。,3、晶体管

15、特性图示仪,3、晶体管特性图示仪,3)晶体管输入特性曲线=的测试。晶体管输入特性曲线是一组以为参变量的曲线。按照类似于输出特性曲线的显示方法，按图5-28（a）所示电路接线。在基极回路加上经全波整流后的扫描电压，取得 的变化，e点接至示波器X输入端，b点接示波器的“地”端（设示波器X放大器反相一次），使图像仍为正向扫描,3、晶体管特性图示仪,3、晶体管特性图示仪,4)场效晶体管漏极特性曲线 及测试原理框图如图5-31所示。类似于晶体管曲线 的测试,C、B、E对应 D、G、S。这里阶梯信号用阶梯电压，阶梯信号和扫描信号的极性根据被测场效晶体管类型决定。,3、晶体管特性图示仪,3、晶体管特性图示仪

16、,5)场效晶体管转移特性曲线 及测试原理框图如图5-32（a）所示。用转移特性曲线测量场效晶体管的夹断电压、饱和漏电流 与跨导 比较直观、方便。,3、晶体管特性图示仪,4、典型仪器介绍XJ4810型晶体管特性图示仪,XJ4810型半导体晶体管特性图示仪是一种典型的晶体管特性图示仪，它具有前述图示仪所具备的测试功能，可满足对各类半导体分立器件的测试要求。它还增设集电极双向扫描电路，可在屏幕上同时观察二极管的正、反向特性曲线；具有双簇曲线显示功能，易于对晶体管配对。,主要技术性能（1）集电极电流：10A/div0.5A/div，分15挡。（2）二极管反向漏电流：0.25A/div，分5挡。（3）集

17、电极电压：0.0550V/div，分10挡。（4）基极电压：0.051V/div，分5挡。,4、典型仪器介绍XJ4810型晶体管特性图示仪,主要技术性能（5）阶梯电流：0.2A/级50mA/级，分17挡。（6）阶梯电压：0.051V/级，分5挡。（7）集电极扫描峰值电压：10500V，分4挡。（8）功耗限制电阻：00.5M，分11挡。,2）工作原理 XJ4810型半导体晶体管特性图示仪的工作原理与一般的晶体管图示仪基本相同。为方便使用增设“二簇电子开关”。阶梯信号每次复零时，“二簇电子开关”将阶梯信号交替送至其中一只被测管的基极，实现了在屏幕上同时显示两只晶体管的特性曲线的目的。,4、典型仪器

18、介绍XJ4810型晶体管特性图示仪,3）面板说明 XJ4810型半导体晶体管特性图示仪的面板如图5-33所示。主要可划分为七部分：（1）电源及示波管控制部分（2）集电极电源部分（3）Y轴部分（4）X轴部分,3）面板说明 XJ4810型半导体晶体管特性图示仪的面板如图5-33所示。主要可划分为七部分：（5）显示部分（6）阶梯信号部分（7）测试台部分,4）使用方法（1）开启电源，指示灯亮，预热10min。（2）调节“辉度”、“聚焦”、“辅助聚焦”旋钮，使屏幕上的光点或线条明亮、清晰。（3）灵敏度校准。,4）使用方法（4）阶梯调零。当测试中用到阶梯信号时，必须先进行阶梯调零，其目的是使阶梯信号的起始

19、级在零电位的位置。（5）根据被测器件的性质和测试要求，调节图示仪上各部分的开关、旋钮到合适位置，然后插上被测器件，进行测试。（6）仪器复位。测试结束后应使仪器复位，防止下一次使用时不慎造成被测晶体管损坏。,5）使用注意事项（1）为保证测试的顺利进行，测试前应根据被测器件的参数规范及测试条件，预设一些关键开关和旋钮的位置。否则如调节不当，极易造成被测器件受损或测试结果差异很大。,5）使用注意事项（2）“峰值电压范围”、“峰值电压%”、阶梯信号“电压-电流/级”及“功耗限制电阻”这几个开关、旋钮使用时应特别注意，如使用不当很容易损坏被测器件。（3）测试大功率器件（因通常测试时不能满足其散热条件）及

20、测试器件极限参数时，多采用“单簇”阶梯，以防止损坏器件及仪器本身。,知识梳理与总理,1.半导体器件特性的测量一般采用图示法，测量时使用的仪器为晶体管特性图示仪。2.集总参数元件的测量主要采用电桥法和谐振法。依据电桥法制成的测量仪器总称为电桥，同时具有测量L、R、C功能的电桥称为万用电桥；依据谐振法制成的测量仪器称为Q表。,知识梳理与总理,3.万用电桥由桥体、测量信号源、指零电路组成。桥体一般用四臂电桥，每个桥臂由阻抗组成，测量对象不同时桥体有相应的不同组成形式。4.Q表由信号源、耦合电路、谐振电路及Q值电子电压表组成。测量元件采用直接测量法和替代法，而替代法又因被测阻抗大小不同而分别采用串联替代法和并联替代法。,