第5章 常用基本元器件參數(shù)的測量

第5章常用基本元器件參數(shù)的測量5.1電阻、電容與電感的阻抗測量5.2半導(dǎo)體二極管的測量

5.3集成運(yùn)算放大器參數(shù)的測量5.4單相變壓器的測量5.5揚(yáng)聲器的測量5.1電阻、電容與電感的阻抗測量5.1.1概述

5.1.2電阻的測量

5.1.3電橋法測量阻抗

5.1.4諧振法測量阻抗

5.1.5阻抗的數(shù)字化測量方法5.1.1概述阻抗是描述一個網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的重要參量。阻抗測量一般是指電阻、電容、電感以及與它們相關(guān)的Q值、損耗角、電導(dǎo)等參數(shù)的測量。表5.1電阻器、電感器和電容器的電路模型表5.1電阻器、電感器和電容器的電路模型5.1.2電阻的測量1.用萬用表測量電阻2.電橋法測量電阻3.伏安法測量電阻4.電位器的測量5.非線性電阻的測量6.用萬用表估測電容的容量和漏電阻1.用萬用表測量電阻

在用萬用表測量電阻時應(yīng)注意以下幾個問題：(1)要防止把雙手和電阻的兩個端子及萬用表的兩個表筆并聯(lián)捏在一起，如果并聯(lián)捏在一起，測量值為人體電阻與被測電阻并聯(lián)后的等效電阻的阻值，而不是被測電阻的阻值，與實(shí)際值的誤差會超出容許值的測量結(jié)果。(2)當(dāng)電阻連接在電路中時，首先應(yīng)將電路的電源斷開，決不允許帶電測量電阻值。若電路中有電容器時，應(yīng)先將電容器放電后再進(jìn)行測量。若電阻兩端與其他元件相連，則應(yīng)斷開一端后再測量，否則電阻兩端連接的其他電路會造成測量結(jié)果錯誤。(3)由于用萬用表測量電阻時，萬用表內(nèi)部電路通過被測電阻構(gòu)成回路，也就是說，測量時被測電阻中有直流電流流過，并在被測電阻兩端產(chǎn)生一定的電壓降，因此在用萬用表測量電阻時應(yīng)注意被測電阻所能承受的電壓和電流值，以免損壞被測電阻。例如，不能用萬用表直接測量微安表的表頭內(nèi)阻，因?yàn)檫@樣做可能使流過表頭的電流超過其承受能力（微安級）而燒壞表頭。(4)萬用表測量電阻時不同倍率檔的零點(diǎn)不同，每換一檔時都應(yīng)重新進(jìn)行一次調(diào)零，當(dāng)某一檔調(diào)節(jié)調(diào)零電位器不能使指針回到零歐姆處時，表明表內(nèi)電池電壓不足了，需要更換電池。(5)由于模擬式萬用表電阻擋刻度的非線性，刻度誤差較大，測量誤差也較大，因而模擬式萬用表只能作一般性的粗略檢查測量。數(shù)字式萬用表測量電阻的誤差比模擬萬用表的誤差小，但當(dāng)它用以測量阻值較小的電阻時，相對誤差仍然是比較大的。2.電橋法測量電阻當(dāng)對電阻值的測量精度要求很高時，可用電橋法進(jìn)行測量。具體測量方法見本節(jié)5.1.3內(nèi)容。3.伏安法測量電阻伏安法是一種間接測量法，理論依據(jù)是歐姆定律R＝U／I，給被測電阻施加一定的電壓，所加電壓應(yīng)不超出被測電阻的承受能力，然后用電壓表和電流表分別測出被測電阻兩端的電壓和流過它的電流，即可算出被測電阻的阻值。伏安法有如圖5.1（a），（b）所示兩種測量電路。如圖5.1（a）示電路稱為電壓表前接法，由圖可見，電壓表測得的電壓為被測電阻Rx兩端的電壓與電流表內(nèi)阻RA壓降之和。因此，根據(jù)歐姆定律求得的測量值R測＝U/Ix＝（UA+Ux）/Ix＝Rx+RA>Rx。如圖5.1（b）所示電路稱為電壓表后接法，由圖可見，電流表測得的電流為流過被測電阻Rx的電流與流過電壓表內(nèi)阻Rv的電流之和，因此，根據(jù)歐姆定律求得的測量值R測＝U/Ix＝Ux/(Iv+Ix)＝Rx//Rv＜Rx。在使用伏安法時，應(yīng)根據(jù)被測電阻的大小，選擇合適的測量電路，如果預(yù)先無法估計(jì)被測電阻的大小，可以兩個電路都試一下，看兩種電路電壓表和電流表的讀數(shù)的差別情況，若兩種電路電壓表的讀數(shù)差別比電流表的讀數(shù)差別小，則可選擇電壓表前接法，即如圖5.1(a)所示電路；反之，則可選擇電壓表后接法，即如圖5.1(b)所示電路。4.電位器的測量(1)萬用表測量電位器用萬用表測量電位器的方法與測量固定電阻的方法相同。先測量電位器兩固定端之間的總體固定電阻，然后測量滑動端對任意一端之間的電阻值，并不斷改變滑動端的位置，觀察電阻值的變化情況，直到滑動端調(diào)到另一端為止。在緩慢調(diào)節(jié)滑動端時，應(yīng)滑動靈活，松緊適度，聽不到咝咝的噪聲，阻值指示平穩(wěn)變化，沒有跳變現(xiàn)象，否則說明滑動端接觸不良，或滑動端的引出機(jī)構(gòu)內(nèi)部存在故障。(2)示波器測量電位器的噪聲如圖5.2所示，給電位器兩端加一適當(dāng)?shù)闹绷麟娫碋，E的大小應(yīng)不致造成電位器超功耗，最好用電池，因?yàn)殡姵貨]有紋波電壓和噪聲，讓一恒定電流流過電位器，緩慢調(diào)節(jié)電位器的滑動端，在示波器的熒光屏上顯示出一條光滑的水平亮線，隨著電位器滑動端的調(diào)節(jié)，水平亮線在垂直方向移動，若水平亮線上有不規(guī)則曲毛刺出現(xiàn)，則表示有滑動噪聲或靜態(tài)噪聲存在。5.非線性電阻的測量非線性電阻如熱敏電阻、二極管的內(nèi)阻等，它們的阻值與工作環(huán)境以及外加電壓和電流的大小有關(guān)，一般采用專用設(shè)備測量其特性，當(dāng)無專用設(shè)備時．可采用前面介紹的伏安法，測量一定直流電壓下的直流電流值，然后改變電壓的大小，逐點(diǎn)測量相應(yīng)的電流，最后作出伏安特性曲線，所得電阻值只表示一定電壓或電流下的直流電阻值。如果電阻值與環(huán)境溫度有關(guān)時還應(yīng)制造一定購?fù)饨绛h(huán)境。6.用萬用表估測電容的容量和漏電阻用模擬式萬用表的電阻擋測量電容器，不能測出其容量和漏電阻的確切數(shù)值，更不能知道電容器所能承受的耐壓，但對電容器的好壞程度能粗略判別，在實(shí)際工作中經(jīng)常使用。(1)估測電容量將萬用表設(shè)置在電阻擋，表筆并接在被測電容的兩端，在器件與表筆相接的瞬間，表針擺動幅度越大。表示電容量越大。這種方法一般用來估測0.01μF以上的電容器。(2)電容器漏電阻的估測除鋁電解電容外，普通電容的絕緣電阻應(yīng)大于10MΩ，用萬用表測量電容器漏電阻時，萬用表置×1k或×10k倍率檔，當(dāng)表筆與被測電容并接的瞬間，表針會偏轉(zhuǎn)很大的角度，然后逐漸回轉(zhuǎn)，經(jīng)過一定時間，表針退回到∞Ω處，說明被測電容的漏電阻極大，若表針回不到∞Ω處，則示值即為被測電容的漏電阻值。鋁電解電容的漏電阻應(yīng)超過200kΩ才能使用。若表針偏轉(zhuǎn)一定角度后，無逐漸回轉(zhuǎn)現(xiàn)象，說明被測電容已被擊穿，不能使用了。5.1.3電橋法測量阻抗電橋法又稱指零法，它利用拾零電路作測量的指示器，工作頻率很寬。其優(yōu)點(diǎn)是能在很大程度上消除或削弱系統(tǒng)誤差的影響，精度很高，可達(dá)到10－4。1.電橋的平衡條件2.直流電橋與交流電橋1.電橋的平衡條件如圖5.3所示是一個交流電橋。它由ZX、Z2、Z3、Z4四個橋臂組成，G為信號源，P為檢流計(jì)。橋臂接入被測電阻(或電感電容)，調(diào)節(jié)橋臂中的可調(diào)元件使檢流計(jì)指示為零，電橋處于平衡狀態(tài)。則可得電橋平衡條件為根據(jù)上式，可以計(jì)算出被測元件ZX的雖值。電橋平衡時有和式中|Zx|～|Z4|——復(fù)數(shù)阻抗ZX、Z2、Z3、Z4的模；φX～φ4——復(fù)數(shù)阻抗ZX、Z2、Z3、Z4的阻抗角。當(dāng)被測元件為電阻元件時，取ZX＝RX，Z2＝R2，Z3＝R3，Z4＝R4，則圖5.3所示為一個直流單臂電橋，且有電橋法的測量誤差，主要取決于各橋臂阻抗的誤差以及各部分之間的屏蔽效果。另外，為保證電橋的平衡，要求信號源的電壓和頻率穩(wěn)定，特別是波形失真要小。2.直流電橋與交流電橋(1)直流雙臂電橋(2)交流電橋(1)直流雙臂電橋直流雙臂電橋又稱為凱爾文電橋。它是測量小電阻(一般在1－105Ω)的常用儀器。它的測量準(zhǔn)確度高，最突出的優(yōu)點(diǎn)是能消除單臂電橋測量時無法消除的由接線電阻和接觸電阻造成的測量誤差，而且，這種誤差往往與被測量的小電阻的數(shù)值具有同一數(shù)量級。P是檢流計(jì)，E為直流電源。Rl－R4為橋路電阻，Rp為調(diào)節(jié)電阻，Bn1～Bn2、BX1～BX2為電流接頭，An1～An2、AX1～AX2為電壓接頭。Rn為標(biāo)準(zhǔn)電阻，作為電橋的比較臂，Rx為被測電阻。標(biāo)準(zhǔn)電阻和被測電阻各有一對電流接頭(Bn1～Bn2、BX1～BX2)和一對電壓接頭(An1～An2、AX1～AX2)。接線時，電流接頭要在電壓接頭的外側(cè)。標(biāo)準(zhǔn)電阻與被測電阻用粗導(dǎo)線連接，和電源組成閉合回路，其電阻為R。圖5.4直流雙臂電橋的原理圖，使用凱爾文電橋應(yīng)注意以下三點(diǎn)①被測電阻電壓接頭所引出的接線比電流接頭所引出的接線更靠近被測電阻。為減少接線電阻，連線應(yīng)采用粗導(dǎo)線。②在選用標(biāo)準(zhǔn)電阻時，應(yīng)盡量使其電阻與被測電阻在同一數(shù)量級，即滿足下面的關(guān)系：③電源最好采用容量大—些的蓄電池，電壓在2～4V之間。為避免電流過大而損壞標(biāo)準(zhǔn)電阻和被測電阻，在回路中串聯(lián)可調(diào)電阻和直流電表。對應(yīng)不同的被測電阻．可調(diào)節(jié)電源電壓，以提高其靈敏度。(2)交流電橋QSl8A型萬能電橋就是一種交流電橋，可測量電阻、電感、電容、線圈的Q值以及電容器的損耗等，是一種多用途、寬量程便攜式儀器。QSl8A型萬能電橋原理框圖如圖5.5所示。它由橋體、信號源(1000Hz振蕩器)和晶體管指零儀三部分組成，橋體是電橋的核心部分，由標(biāo)準(zhǔn)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電容及轉(zhuǎn)換開關(guān)組成，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)切換，可以構(gòu)成不同的電橋電路，對電阻、電容、電感進(jìn)行測量。圖5.5電橋整體框圖圖5.6測量電容時的電橋電路

式中tanδ——損耗系數(shù)，δ是電容器的損耗角。CX、RX、tanδ都可以由面板上讀出數(shù)值。

測量電感時，橋體連接成如圖5.7所示(麥克斯威電橋)。被測電感接在1、2兩端，LX是它的電感量，RX是它的等效串聯(lián)損耗電阻。當(dāng)電橋平衡時有圖5.7測量電感時的電橋電路5.1.4諧振法測量阻抗諧振法是測量阻抗的另一種基本方法，它是利用調(diào)諧回路的諧振特性而建立的測量方法。測量精度雖說不如交流電橋法高，但是由于測量線路簡單方便，在技術(shù)上的困難要比高頻電橋小(主要是雜散耦合的影響)。再加上高頻電路元件大多為調(diào)諧回路元件使用，故用諧振法進(jìn)行測量也比較符合其工作的實(shí)際情況。所以在測量高頻電路參數(shù)(如電容、電感、品質(zhì)因數(shù)、有效阻抗等)中，諧振法是一種重要的手段。典型的諧振法測量儀器是Q表，所以諧振法又稱Q表法，其工作頻率范圍相當(dāng)寬。圖5.8諧振法測量原理圖諧振法測量原理如圖5.8所示，它由振蕩源，已知元件和被測元件組成的，諧振回路以及諧振指示器組成。當(dāng)回路達(dá)到諧振時，有且回路總阻抗為零，即測量回路與振蕩源之間采用弱耦合，可使振蕩源對測量回路的影響小到可以忽略不計(jì)。諧振指示器一般用電壓表并聯(lián)在回路上，或用熱偶式電流表串聯(lián)在回路中，它們的內(nèi)阻對回路的影響應(yīng)盡員小。將回路調(diào)至諧振狀態(tài)，根據(jù)已知的回路關(guān)系式和已知元件的數(shù)值，求出未知元件的參量。5.1.4諧振法測量阻抗1.諧振法測電感2.諧振法測量電容3.電容量的測量1.諧振法測電感測量小電感量的電感時用串聯(lián)替代法，如圖5.9所示然后去掉1、2之間的短路線，將Lx按入回路，保持信號源頻率不變，調(diào)節(jié)C至C2時，回路再次諧振，此時測量較大的電感常采用并聯(lián)替代法，如圖5.10所示。先不接LX，可變電容C調(diào)到小容量位置，這時C為C1，調(diào)節(jié)信號源頻率使回路諧振，此時有可得2.諧振法測量電容(1)直接法測量電容(2)替代法測電容(1)直接法測量電容按圖5.11把被測電容Cx接好，調(diào)節(jié)振蕩源頻率f，使電壓表指示最大，則被測電容為直接法測量電容的誤差包含：分布電容（線圈和接線分布電容）引起的誤差；當(dāng)頻率過高時引線電感引起的誤差；當(dāng)回路Q值較低時，諧振曲線很平坦，不容易準(zhǔn)確找出諧振點(diǎn)(電壓表指示值最大)，也會產(chǎn)生誤差。圖5.11直接法測量電容(2)替代法測電容并聯(lián)替代法串聯(lián)替代法并聯(lián)替代法它適合于測量小電容。其測量誤差主要取決于可變標(biāo)準(zhǔn)電容的刻度誤差。用替代法測電容，可以消除由于分布電容引起的測量誤差，測試電路如圖5.12所示。圖5.12并聯(lián)替代法測量小電容C是一只已定度好的可變電容器，其容量變化范圍大于被測的電容量。在不接Cx的情況下，將可變電容C調(diào)到某一容量較大的位置，設(shè)其容量為C1，調(diào)節(jié)信號源頻率，使回路諧振。然后接入被測電容Cx，信號源頻率保持不變，此時回路失諧，重新調(diào)節(jié)C使回路再次諧振，這時C為C2，那么被測電容Cx＝C1－C2。串聯(lián)替代法當(dāng)被測電容容量大于標(biāo)準(zhǔn)電容器的最大容量時，必須用串聯(lián)接法，如圖5.13所示。先將圖中1、2兩端短路，調(diào)到容量較小位置，調(diào)節(jié)信號源頻率使回路諧振，這時電容量為C1。然后拆除短路線，將Cx接入回路，保持信號源頻率不變，調(diào)節(jié)c使回路再次諧振，此時可變電容C為C2，顯然Cl等于C2與CX的串聯(lián)值，圖5.13串聯(lián)替代法測量大電容3.電容量的測量(1)小于460pF電容的測量(2)大于460pF電容的測量(1)小于460pF電容的測量小于460pF電容的測量可以采用并聯(lián)替代法來測量。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)電容刻度盤調(diào)至最大(500pF)，記為C1；然后調(diào)節(jié)“定位零位校直”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。將被測電容接至Cx接線柱。重調(diào)主調(diào)電容刻度盤使Q值表指示最大，此時皮盤讀數(shù)為C2，則被測電容Cx等于：Cx＝C1－C2圖5.14469pF以下電容測量法(b)第二次諧振(a)第一次諧振(2)大于460pF電容的測量大于460pF電容的測量可以來用串聯(lián)替代法來測量：將標(biāo)準(zhǔn)電感接至Lx接線柱，調(diào)節(jié)主調(diào)電容刻度盤。使Q值表指示最大，刻度盤讀數(shù)記為C1；取下標(biāo)準(zhǔn)電感，將其與被測電容串聯(lián)后再接于Lx接線柱上，重調(diào)主調(diào)電容刻度盤使Q值表指示再次達(dá)到最大，此時刻度盤讀數(shù)記為C2。被測電容Cx為5.1.5阻抗的數(shù)字化測量方法電感－電壓變換器的原理如圖5.15所示。圖中A為阻抗－電壓轉(zhuǎn)換部分，兩個同步檢波器實(shí)現(xiàn)虛、實(shí)部分離，完成交－直流電壓轉(zhuǎn)換，并提供基準(zhǔn)電壓。圖5.15電感－電壓變換器5.2半導(dǎo)體二極管的測量5.2.1用萬用表測量二極管

5.2.2發(fā)光二極管的測量

5.2.1用萬用表測量二極管1.用模擬式萬用表測量二極管2.用數(shù)字式萬用表測量二極管1.用模擬式萬用表測量二極管用模擬式萬用表歐姆擋測量二極管時，萬用表的等效電路如圖5.16所示，萬用表面板上標(biāo)有“＋”號的端子接紅表筆，對應(yīng)于萬用表內(nèi)部電池的負(fù)極，而面板上標(biāo)有“－”號的端子接黑表筆，對應(yīng)于萬用表內(nèi)部電池的正極。這一點(diǎn)在用萬用表判斷二極管的極性時一定要記住。圖5.16中的Ro是萬用表歐姆檔的等效內(nèi)阻，大小與量程倍率有關(guān)，實(shí)際R0值為表盤中心標(biāo)度值乘以所選歐姆檔的倍率，不同倍率擋Ro不同，所以，用不同倍率擋測量同一個二極管的正向電阻值是不同的。測量小功率二極管時，萬用表置×100檔或×lk檔，以防萬用表的×1檔輸出電流過大，或×10k檔輸出電壓過大而損壞被測二極管，對于面接觸型大電流整流二極管可用×10或×10k檔進(jìn)行測量。1.用模擬式萬用表測量二極管測量時，如圖5.16所示，將二極管分別以兩個方向與萬用表的表筆相接，兩種接法萬用表指示的電阻必然是不相等的，其中萬用表指示的較小的電阻值為二極管的正向電阻，一般為幾百歐到幾千歐左右，此時，黑表筆所接端為二極管的正極，紅表筆所接端為二極管的負(fù)極。萬用表指示的較大的電阻值為二極管的反向電阻，對于鍺管，反向電阻應(yīng)在100kΩ以上，硅管的反向電阻很大，幾乎看不出表針的偏轉(zhuǎn)。用這種方法可以判斷二極管的好壞和極性圖5.16模擬萬用表歐姆擋等效電路

2.用數(shù)字式萬用表測量二極管一般數(shù)字式萬用表上都有二極管測試檔，例如，DW909C型數(shù)字萬用表，其測試原理與模擬式萬用表測量電阻完全不同，它測量二極管的等效電路如圖5.17所示，實(shí)際上測量的是二極管的直流電壓降。圖5.17數(shù)字式萬用表測量二極管的等效電路

5.2.2發(fā)光二極管的測量1.用模擬式萬用表判別發(fā)光二極管2.發(fā)光二極管工作電流的測量1.用模擬式萬用表判別發(fā)光二極管模擬式萬用表判斷發(fā)光二極管的極性的方法與判斷普通二極管的方法是一樣的，只不過一般發(fā)光二極管的正向?qū)妷嚎沙^lV，實(shí)際使用電流可達(dá)100mA以上，測量時可用量程較大的×lk和×10k檔測其正向和反向電阻。一般正向電阻小于50kΩ，反向電阻大于200kΩ為正常。2.發(fā)光二極管工作電流的測量發(fā)光二極管的工作電流是一個很重要的參數(shù)，工作時電流太小，發(fā)光二極管不亮；太大則易使管子的使用壽命縮短，甚至燒毀?？梢杂萌鐖D5.18所示的電路來測量發(fā)光二極管的工作電流。圖中R＝100Ω為保護(hù)限流電阻，以防測量開始時，電位器Rp調(diào)在小阻值上引起電流過大面損壞發(fā)光二極管。測量時，慢慢調(diào)節(jié)電位器Rp，使發(fā)光管工作正常，即發(fā)光既不太亮也不太暗，此時毫安表指示的數(shù)值即為發(fā)光二極管的工作電流值。若在此時用一直流電壓表并接在發(fā)光二極管兩端即可測得此發(fā)光二極管的正向壓降VF的值。

圖5.18發(fā)光二極管工作電流的測量電路

5.3集成運(yùn)算放大器參數(shù)的測量集成運(yùn)算放大器參數(shù)的測試方法有逐項(xiàng)測試法，輔助放大器法和圖示法等。在此僅介紹國際上通用的輔助放大器法，這種方法利用直流信號進(jìn)行測試，直流狀態(tài)能自動穩(wěn)定，且易于建立條件，環(huán)路有較高的增益，有利于微小量的精確測量，可在閉環(huán)條件下實(shí)現(xiàn)開環(huán)測試，尤其是它具有測多種參數(shù)的電路大致相近的明顯優(yōu)點(diǎn)，因而在實(shí)現(xiàn)自動化測試方面具有獨(dú)特的優(yōu)越性。輔助放大器法輔助放大器法測量運(yùn)算放大器參數(shù)的電路如圖5.19所示，圖中Ax為被測放大器，A為輔助放大器，對輔助放大器的要求是閉環(huán)增益大于40dB，有一定的輸出幅度，一般運(yùn)放均可使用。由圖可見，總電路具有很強(qiáng)的負(fù)反饋?zhàn)饔?，被測放大器的輸出能自動調(diào)零。圖5.19運(yùn)算放大器參數(shù)測量電路5.3集成運(yùn)算放大器參數(shù)的測量5.3.1開環(huán)電壓增益Au的測試 5.3.2輸入失調(diào)電壓UIO的測試 5.3.3輸入失調(diào)電流IIO的測試

5.3.4輸入偏置電流IIB的測試

5.3.5共模抑制比(CMRR)的測試5.3.1開環(huán)電壓增益Au的測試5.3.1開環(huán)電壓增益Au的測試5.3.2輸入失調(diào)電壓UIO的測試 為了使放大器輸出電壓為零所必須施加的輸入差模電壓稱為輸入失調(diào)電壓UIO，它是集成差分放大器對稱度的標(biāo)志，失調(diào)電壓越小，通常輸出電壓的溫度漂移也越小。測量時，K＋，K－閉合，K1斷開，K2置“l(fā)”，即接地，由于深度負(fù)反饋的結(jié)果，這里的待測放大器的輸出電壓總是自動維持在零，此時待測放大器輸入端所加的電壓即為輸入失調(diào)電壓式中UO輔助放大器輸出端的電壓。5.3.3輸入失調(diào)電流IIO的測試則5.3.4輸入偏置電流IIB的測試

放大器輸出電壓為零時，它的兩個輸入端的偏置電流的平均值稱為輸入偏置電流IIB。

測量輸入偏置電流IIB時，K1斷開，K2置“1”，即接地，精確選取R＋＝R－＝R，首先將K＋閉合，K－斷開，測得UO1，再將K＋斷開，K－閉合，測得UO2，由圖可見則輸入偏置電流IIB為5.3.5共模抑制比(CMRR)的測試差模增益AUd與共模增益AUc比之比稱為共模抑制比(CMRR)。測量共模抑制比時，K＋

，K－閉合，K1斷開，K2置“1”，即接地，測量此時輔助放大器的輸出為UO1，然后給被測放大器輸入ES的共模信號，即將兩個Rl的接地端斷開，改接開關(guān)K1的“2”端，測量此時輔助放大器的輸出為UO2，則被測放大器共模電壓增益為其中A為輔助放大器的放大倍數(shù)。將Rl，R和A看作被測放大器Ax的反饋通道，則AX的閉環(huán)差模電壓增益AUd為

5.4單相變壓器的測量變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，具有變換電壓、變換電流和變換阻抗的作用，在電力系統(tǒng)和電子線路中有著廣泛的應(yīng)用。在電子線路中，除電源變壓器外，還有振蕩變壓器、輸入變壓器、輸出變壓器、脈沖變壓器等，用來耦合電路、傳遞信號、實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。5.4.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理5.4.2變壓器的工作原理

5.4.3變壓器的銘牌數(shù)據(jù)

5.4.4單相變壓器的測量

5.4.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理盡管變壓器種類繁多，外型和體積有很大的差別，但它們的基本結(jié)構(gòu)是相同的。主要由鐵心和繞組兩部分組成。圖5.20為單相心式變壓器，其特點(diǎn)是繞組包圍鐵心，這種變壓器用鐵量較少，結(jié)構(gòu)簡單，繞阻的安裝和絕緣比較容易，多用于容量較大的變壓器中．圖5.21為單相殼式變壓器，其特點(diǎn)是鐵心包圍著繞組，這種變壓器用銅量較少，多用于小容量變壓器中。無論是心式還是殼式變壓器都有高壓繞組和低壓繞組，它們都繞在鐵心上。為了減少鐵損耗，鐵心都用彼此絕緣的硅鋼片疊成。圖5.20單相心式變壓器1－低壓繞阻；3－高壓繞阻；3－鐵心柱

圖5.21單相殼式變壓器1－低壓繞阻；2－高壓繞阻；3－鐵心5.4.2變壓器的工作原理用結(jié)構(gòu)原理圖表示變壓器的電路。用圖形符號表示變壓器的電路。1.電壓變換2.電流變換3.阻抗變換圖5.22用結(jié)構(gòu)原理圖表示變壓器的電路一次繞組電路就是交流鐵心線圈電路，當(dāng)原繞組接上交流電壓u1時，原繞組中便有電流i1通過。e1是主磁通Φ在一次繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，Φσ1是電流i1通過一次繞組時所產(chǎn)生的一次繞組的漏磁通。根據(jù)基爾霍夫電壓定律一次繞組電路電壓方程為：圖5.23用圖形符號表示變壓器的電路通常原繞組上所加的是正弦電壓u1。在正弦電壓作用的情況下，上式可用向量表示：由于一次繞組的電阻R1和感抗X1(或漏磁通Φσ1)較?。蚨鼈儍啥说碾妷航狄草^小，與主磁電動勢E1比較起來，可以忽略不計(jì)。于是e1的有效值為：主磁通Φ除了在一次繞阻中產(chǎn)生e2外，還會在二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e2，從而在二次繞阻電路中產(chǎn)生了電流i2，在二次繞阻兩端，即負(fù)載的兩端產(chǎn)生電壓u2，同時電流i2通過二次繞阻時產(chǎn)生二次繞阻漏磁通Φσ2。e2的參考方向參考方向符合右手螺旋定則，i2的參考方向與e2的參考方向一致，Φσ2的參考方向與i2的參考方向符合右手螺旋定則，u2的參考方向與i2的參考方向一致。因此，對二次繞阻電路可列出：1.電壓變換2.電流變換2.電流變換2.電流變換3.阻抗變換圖5.24變壓器的阻抗變換3.阻抗變換5.4.3變壓器的銘牌數(shù)據(jù)1.額定電壓U1N/U2N2.額定電流I1N/I2N3.額定容量SN4.額定頻率fN5.相數(shù)m6.溫升1.額定電壓U1N/U2N額定電壓是根據(jù)變壓器的絕緣強(qiáng)度和容許溫升而規(guī)定的電壓值，以伏(V)或干伏(KV)為單位。原邊額定電壓U1N是指變壓器原邊應(yīng)加的電壓，副邊額定電壓U2N是指原邊加上額定電壓時副邊的空載電壓。使用變壓器時應(yīng)當(dāng)注意接入的電源電壓是否與繞組的額定電壓值相符，如果電壓值不符，有可能造成重大事故。例如額定電壓為220V的變壓器接在380V電源線上，電壓幾乎增加了一倍，根據(jù)恒磁通公式，鐵芯中的磁通Φm也將增大約一倍。但磁通Φm的增加與勵磁電流的增加不是線性關(guān)系，在鐵芯中磁Φm已經(jīng)很高(接近飽和)的情況下其值再增加一倍，勵磁電流將會較正常值增大幾十甚至上百倍，導(dǎo)致變壓器的銅損與鐵損急劇增加，引起劇烈發(fā)熱，嚴(yán)重時會燒毀變壓器。因此變壓器一定要在額定電壓下運(yùn)行。2.額定電流I1N/I2N額定電流是根據(jù)變壓器容許溫升而規(guī)定的電流值，以安(A)或千安(KA)為單位。變壓器在額定電流下運(yùn)行，使用壽命一般可達(dá)20年以上；但是若長期超過額定電流(超負(fù)荷)運(yùn)行，銅損增加，鐵芯發(fā)熱加劇，變壓器溫度升高，會使繞組的絕緣材料迅速老化甚至燒毀，大大縮短了變壓器的使用壽命，所以不要使變壓器長時間超負(fù)荷運(yùn)行3.額定容量SN額定容量即額定視在功率，以伏安(A)或千伏安(KA)為單位。額定容量SN等于額定電壓UN與額定電流IN的乘積。單相變壓器的容量三相變壓器的容量4.額定頻率fN變壓器額定運(yùn)行時原邊外加交流電壓的頻率。我國的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)頻率為50Hz，有些國家的工頻為60Hz。5.相數(shù)m單項(xiàng)或三相。6.溫升變壓器在額定運(yùn)行情況下，變壓器內(nèi)部溫度容許超出規(guī)定的環(huán)境溫度(+40℃)的數(shù)值。對于使用A級絕緣材料的變壓器，允許溫升為60℃。變壓器的銘牌上還標(biāo)志出變壓器的接線圖、聯(lián)接組別、運(yùn)行方式以及冷卻方式等使用條件。5.4.4單相變壓器的測量1.變壓器兩線圈同名端的判定2.變壓器的空載特性3.外特性測量1.變壓器兩線圈同名端的判定當(dāng)一個變壓器的次級線圈需要串聯(lián)或并聯(lián)使用時，或者幾個變壓器需要串聯(lián)或并聯(lián)使用時，為使連接正確，必須知道初級線圈和次級線圈端點(diǎn)間的相對極性．因此要判斷變壓器的同名端。由于原、副邊電壓都是交變的，當(dāng)某一瞬時原繞組某一端點(diǎn)的電位相對于另一端點(diǎn)為正時，副繞組必然有一個對應(yīng)的端點(diǎn)，其瞬時電位相對于副繞組的另一端點(diǎn)也為正。通常把原、副繞組電位瞬時極性相對應(yīng)的端點(diǎn)稱為同極性端，有時也叫同名端。圖5.25所示變壓器有兩個副繞組，由于兩個繞組繞向相同，當(dāng)磁通Φ的變化使繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢時端點(diǎn)1和3的電位瞬時極性必然相同，所以端點(diǎn)1和3就是同極性端，當(dāng)然端點(diǎn)2和4也是同極性端。為廠在使用變壓器時能正確連接線路，通常在同極性端旁邊標(biāo)注*作為記號，圖5.26表明了極性的變壓器符號。如果兩個副繞組的繞向相反，如圖5.25(b)所示，端點(diǎn)1和4就成為同極性端。因此，變壓器的同極性端與繞組的繞向有關(guān)。對于已經(jīng)繞制好的繞組，在使用時必須知道它的同極性端，如果不知道，可用下述方法加以確定。圖5.26變壓器繞阻極性的表示圖5.25變壓器繞組的同極性端變壓器兩線圈同名端的判定方法一

圖5.27為測定變壓器極性的一種電路。變壓器的一個繞組（團(tuán)中為AX）通過開關(guān)和電池相連，另一個繞組與且流毫安表相連，a端接毫安表的正端，x端接毫安表的負(fù)端。當(dāng)開關(guān)K接通瞬間，如果毫安表的指針正向偏轉(zhuǎn)，則A、a是同極性端；如果指針反向偏轉(zhuǎn)、則A、x是同極性端。在某些場合，變壓器接線要考慮同極性端。例如在變壓器反饋的振蕩電路中，振蕩變壓器的反饋繞組只有在極性連接正確時，才能獲得正反饋而形成自激振蕩。又如某些小容量變壓器有多個繞組，有時需要把繞組串聯(lián)或并聯(lián)，這時也要考慮同極性端。正確的串聯(lián)接法，應(yīng)把兩個繞組的異極性端接在一起，如把圖5.25(a)中的2、3端接在一起，這樣在1、4兩端得到的電壓即為兩個副繞組電壓之和，若接反，則輸出電壓會抵消；正確的并聯(lián)接法，應(yīng)把兩個繞組的同極性端接在一起．如把圖5.25(a)中的1、3端，2、4端分別相連，這時可向負(fù)載提供更大的電流，但要注意并聯(lián)繞組的電壓必須相等，如接反，則會造成線圈短路以致燒毀變壓器。圖5.27變壓器繞組極性的測定圖5.28變壓器同名端的判別電路變壓器兩線圈同名端的判定方法二判斷變壓器的同名端時，先將變壓器初次級線圈各一個端點(diǎn)相連(如圖5.28所示端點(diǎn)2和4)，在輸入端1和2間加入交流電壓U12，用電壓表測量端點(diǎn)1和3，1和3間的電壓。如果電壓的有效值滿足U13=U12+U34，則可知端點(diǎn)1和3為異名端；如果U13=U12-U34或U13=U34-U12，則可知端點(diǎn)1和3為同名端。2.變壓器的空載特性

變壓器空載時，次級線圈的電流為零。如果變壓器空載，在初級線圈上加上電壓U0，初級線圈上便有電流流過，這個電流便是空載電流I0，空載電流的大小決定于初級線圈的電感量以及加在初級線圈上的電壓和頻率。空載電流產(chǎn)生磁通，標(biāo)志著變壓器的優(yōu)劣。變壓器空載時，初級和次級線圈的電壓有效值的比值叫做變壓比或變壓系數(shù)，用K表示，K=N1/N2。當(dāng)N1和N2不同時，變壓器可以將某一電壓的交流電轉(zhuǎn)化為同一頻率的另一電壓的交流電。例如圖5.29所示，將變壓器的次級高壓端開路，為防止電源電壓在220V上下有波動，通過白耦變壓器調(diào)節(jié)單相變壓器初級線圈的電壓為額定值U1，測U1及次級電壓Uh，計(jì)算出變壓比K=U1/Uh。圖5.29變壓器測試實(shí)驗(yàn)電路3.外特性測量在電源電壓U1不變的情況下，變壓器副邊接入負(fù)載后，原、副邊都有電流流過。并必然產(chǎn)生原、副邊的內(nèi)阻抗電壓降，從而使副邊的電壓隨負(fù)載的增減而變化。在一次繞組電壓U1和負(fù)載功率因數(shù)保持不變的情況下，二次繞阻電壓U2與電流I2之間的關(guān)系U2=f(I2)稱為變壓器的外特性，如圖5.30所示圖5.30變壓器的外特性曲線由圖可見，對電阻性和電感件負(fù)載而言，電壓U2隨電流I2的增加而下降。從空載到滿載(副邊電流達(dá)到其額定值I2時)，副邊電壓變化的數(shù)值與空載電壓的比值稱為電壓調(diào)整率，用公式表示即：式中U20和U2分別為空載和額定負(fù)載時的二次電壓。在一般變壓器中。由于其電阻和漏磁感抗均甚小，電壓變化率是不大的，約5%左右。5.5揚(yáng)聲器的測量5.5.1揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)和工作原理5.5.2揚(yáng)聲器的分類及主要指標(biāo)5.5.1揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)和工作原理揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)揚(yáng)聲器的工作原理揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)揚(yáng)聲器有許多種類，但其基本的工作原理是相似的，均是一種將電信號轉(zhuǎn)換為聲音信號進(jìn)行重放的元件。目前使用最為廣泛的是電動式揚(yáng)聲器，它由振動膜、音圈、永久磁鐵、支架等組成。揚(yáng)聲器的工作原理當(dāng)揚(yáng)聲器的音圈通入音頻電流后音圈在電流的作用下便產(chǎn)生交變的磁場，永久磁鐵同時也產(chǎn)生一個大小和方向不變的恒定的磁場。由于音圈所產(chǎn)生磁場的大小和方向隨音頻電流的變化不斷地在改變，這樣兩個磁場的相互作用使音圈作垂直于音圈中電流方向的運(yùn)動，由于音圈和振動膜相連，從而帶動振動膜產(chǎn)生振動，由振動膜振動引起空氣的振動而發(fā)出聲音。當(dāng)輸入音圈的電流越大，其磁場的作用力就越大，振動膜振動的幅度也就越大，聲音則越響。揚(yáng)聲器發(fā)出高音的部分主要在振動膜的中央，當(dāng)揚(yáng)聲器振動膜的中央材質(zhì)越硬，則其重放的聲音效果越好。揚(yáng)聲器發(fā)出低音的部分主要在振動膜的邊緣，如果揚(yáng)聲器的振動膜邊緣較為柔軟且紙盆口徑較大，則揚(yáng)聲器發(fā)出的低音效果越好。另外，球頂揚(yáng)聲器在日前市場中的音箱中使用很多。大家知道，高音揚(yáng)聲器由于其工作頻率很高，在重放高音時其振膜會在永久磁鐵的的磁路氣隙中作高速運(yùn)動，因此要求高音揚(yáng)聲器的振膜能夠?qū)λ沧兊母哳l信號作出迅速的反應(yīng)．并且能夠承受高速運(yùn)動而產(chǎn)生的空氣壓力，因此對于振膜的制作材料要求質(zhì)量要輕，并要有足夠的強(qiáng)度。圖5.31電動式揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)圖5.32球頂揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)5.5.2揚(yáng)聲器的分類及主要指標(biāo)1.揚(yáng)聲器的分類2.主要指標(biāo)1.揚(yáng)聲器的分類揚(yáng)聲器按其聲波輻射的方式按電－聲換能的方式按揚(yáng)聲器工作的頻帶按揚(yáng)聲器振膜的形狀按揚(yáng)聲器振動膜(盆)的制作材料按揚(yáng)聲器振膜邊緣使用的不同材料揚(yáng)聲器按其聲波輻射的方式揚(yáng)聲器按其聲波輻射的方式可分為直接輻射和間接輻射二種按電－聲換能的方式可分為電動式，電磁式、靜電式及壓電陶瓷式。電動式揚(yáng)聲器是當(dāng)音頻電流流過揚(yáng)聲器的音圈時，音圈產(chǎn)生的磁場與音圈周圍磁體所產(chǎn)生的磁場形成相互作用的力，該作用力帶動振膜前后振動而產(chǎn)生聲音。電磁式揚(yáng)聲器是當(dāng)音頻電流流過已磁化了的振動部分與磁體的磁性相互吸引和排斥而產(chǎn)生作用力，推動揚(yáng)聲器的振膜移動而產(chǎn)生聲音。靜電式是將兩個極性相反的電極安裝在一起，形成一個電容，當(dāng)音頻電流加在此電容的兩端時，兩個電極之間的電場產(chǎn)生作用力，使揚(yáng)聲器的振動膜振動。壓電陶瓷式是利用某些材料的壓電效應(yīng)制成，當(dāng)晶體表面加上音頻電壓時，晶體能夠產(chǎn)生和音頻電壓相對應(yīng)的振動，從而使揚(yáng)聲器發(fā)聲。按揚(yáng)聲器工作的頻帶按揚(yáng)聲器工作的頻帶可分為高頻揚(yáng)聲器、中頻揚(yáng)聲器、低頻揚(yáng)聲器及全頻揚(yáng)聲器。高頻揚(yáng)聲器專門重放功率放大器輸出的音頻傳號的高頻部分，其工作頻率范圍一般在2.5～25kHz。中頻揚(yáng)聲器專門重放功率放大器輸出的音頻信號中的中頻部分，其工作頻率范圍一般在500Hz～2.5kHz。低頻揚(yáng)聲器與高、中頻揚(yáng)聲器相比較，低頻揚(yáng)聲器則專門重放低頻信號，其工作頻率一般在15～500Hz。全頻帶揚(yáng)聲器即所謂全頻帶揚(yáng)聲器是指工作的頻率能夠覆蓋高、中、低全頻段。按揚(yáng)聲器振膜的形狀按揚(yáng)聲器振膜的形狀可分為錐形、球頂形及平板形。采用錐形振膜的揚(yáng)聲器，重放聲音的指向性較好，性能較為穩(wěn)定，允許振動的幅度較大，較容易做成大口徑式。目前的音箱的中、低音單元均為錐形振膜。球頂形揚(yáng)聲器在前面已作介紹，其振膜為半球頂形，它的重放聲指向性較寬，瞬態(tài)響應(yīng)好，相位失真也較小。平板形揚(yáng)聲器的振膜的輻射面呈凹形，它和錐形振膜相比進(jìn)一步提高了揚(yáng)聲器活塞運(yùn)動的范圍。按揚(yáng)聲器振動膜(盆)的制作材料按揚(yáng)聲器振動膜(盆)的制作材料的不同可分為紙盆、碳纖維盆、PP盆、玻璃纖維盆、防彈布盆、鈦膜及絲綢膜揚(yáng)聲器紙盆揚(yáng)聲器采用紙材料制作振動膜的揚(yáng)聲器,靈敏度較高，工作效率較高，但承受功率小，紙盆容易受潮，目前在少數(shù)高檔揚(yáng)聲器中仍然采用了紙盆作為揚(yáng)聲器的振膜。碳纖維揚(yáng)聲器是采用碳纖維制作揚(yáng)聲器的振動盆，材質(zhì)較硬，重放中、低頻效果較好，瞬態(tài)響應(yīng)也較好。PP盆揚(yáng)聲器是采用石墨強(qiáng)化聚丙烯材料制作，重放頻帶較寬。玻璃纖維揚(yáng)聲器其性能與碳纖維揚(yáng)聲器是基本相似的。防彈布盆揚(yáng)聲器是采甩高強(qiáng)度防彈纖維制造，其主要特點(diǎn)是重放動態(tài)音頻信號時非線性失真較小。鈦膜揚(yáng)聲器是采用金屬鈦?zhàn)鳛閾P(yáng)聲器的振動膜，一般用于高音揚(yáng)聲器，重放聲較為纖細(xì)，有一定的金屬感。絲綢膜揚(yáng)聲器是采用天然絲質(zhì)編織的振動膜，一般用于高音揚(yáng)聲器，重放聲細(xì)膩，比鈦膜揚(yáng)聲器柔和。按揚(yáng)聲器振膜邊緣使用的不同材料按揚(yáng)聲器振膜邊緣使用的不同材料可分為紙邊、布邊、橡皮邊及泡沫邊。2.主要指標(biāo)(1)聲壓頻率特性(2)頻響范圍(3)標(biāo)稱功率

(4)標(biāo)稱阻抗(5)失真度

(6)指向特性(7)靈敏度(8)諧振頻率(9)等效Q值(1)聲壓頻率特性所謂聲壓頻率特性是指揚(yáng)聲器在輸入信號大小不變時，其輸出的聲壓隨輸入信號的頻率變化而變化的特性。如果一只揚(yáng)聲器的輸出聲壓不隨輸入信號的頻率的變化而變化，那么這只揚(yáng)聲器的聲壓頻率特性就較好。換句話說，即頻率特性越平坦越好。圖5.34為揚(yáng)聲器的聲壓頻率特性。圖5.34揚(yáng)聲器的聲壓頻率特性(2)頻響范圍

頻響范圍指揚(yáng)聲器在重放時所能夠達(dá)到的頻率范圍，它是揚(yáng)聲器較為重要的一個指標(biāo)。是指重放信號的頻率響應(yīng)曲線的平坦部分，這樣在重放過程中才不會出現(xiàn)信號的失真。頻率響應(yīng)范圍越寬，在重放時聲音信號失真就越小，說明其重放的頻率范圍的覆蓋范圍較大。一般揚(yáng)聲器的振動膜的直徑越大，其重放的低頻效果就越好。(3)標(biāo)稱功率所謂標(biāo)稱功率是指揚(yáng)聲器在長期工作時所能承受的輸入功率。在揚(yáng)聲器的說明書中所標(biāo)注的額定功率即為標(biāo)稱功率。在有些揚(yáng)聲器的說明書中標(biāo)有最大輸入功率這一指標(biāo)，最大輸入功率是指揚(yáng)聲器在短時間內(nèi)所能承受的最大輸入功率，它一般是揚(yáng)聲器額定輸入功率的2倍左右。因揚(yáng)聲器在工作時，輸出信號幅度變化會很大的，短時間輸出功率