第七章電子元器件測量儀器

第7章電子元器件測量儀器7.1概述7.2集總參數(shù)元件特性7.3萬用電橋原理及使用7.4高頻Q表原理及使用7.5晶體管特性圖示儀本章小結(jié)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、場效應管、單結(jié)管、晶閘管等為半導體器件；運算放大器、數(shù)字邏輯電路、半導體存儲器、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行測量。基本電路元件按其在電路中的工作頻率不同，采用不同的測量方法和儀器。工作在低頻電路中的元件，常采用電橋法測量，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，常采用諧振法測量，通常使用Q表、高頻電感電容測量儀。因為半導體器件需要測量的參數(shù)很多，有直流參數(shù)、低頻參數(shù)和高頻參數(shù)，應根據(jù)需要測量參數(shù)的不同選擇不同的測試儀進行測量。常用的儀器有晶體管特性圖示儀、晶體管直流參數(shù)測試儀、h參數(shù)測試儀、Y參數(shù)測試儀和場效應管測試儀等。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系來確切表達，這種關系可用參數(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。實際應用中，需要測量的主要參數(shù)是電阻值。實際電阻器并不是純電阻，存在引線電感和分布電容，當電阻器工作在低頻時，主要為電阻性質(zhì)，電抗性質(zhì)可忽略。但工作在高頻時就必須考慮其影響，高頻時電阻器的等效電路如圖所示。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儲能元件，電容量的單位法拉(F),常用單位有微法(μF)和皮法(pF)。 實際電容器由于極間的電介質(zhì)存在漏電阻（RCP），會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，實際應用中需要測量的是電容量和損耗因數(shù)。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儲能元件，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，此時電感器的等效電路如下圖所示。其中R的下標P表示并聯(lián)；S表示串聯(lián)；L表示電感的等效電阻。 實際電感器還存在分布電容，當電感器工作在低頻時，分布電容可忽略。但工作在高頻時就必須考慮其影響，高頻時電感器的等效電路如下圖所示。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)通常采用電橋法進行測量，電橋法實際上是一種比較測量法，它是把被測量與同類性質(zhì)的標準量進行比較，從而確定被測量大小的方法。萬用電橋就是一種在低頻條件下測量電阻、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：一個是幅度平衡條件，一個是相位平衡條件。為此，交流電橋至少應有兩個可調(diào)節(jié)的標準元件。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。2.萬用電橋的組成和工作原理 為了測量使用方便，幾種不同類型的電橋組合起來，使之具有測量電阻、電容和電感元件參數(shù)的功能，這種電橋稱為萬用電橋，電橋主要由測量橋體、音頻振蕩器、交流放大器和平衡指示表(檢流計)幾部分組成，如圖所示。測量橋體由惠斯登電橋、電容串聯(lián)比較電橋(一種比率電橋)、麥氏-文氏電橋(一種乘積電橋)組合而成，使用時通過轉(zhuǎn)換開關進行切換。

音頻振蕩器測量電橋交流放大器平衡指示器3.萬用電橋的使用 DF2811A／DF2811B／DF2812／DF2812A型LCR數(shù)字電橋是以微處理技術(shù)為基礎的自動測量電感L、電容量C、阻抗R、品質(zhì)因素Q、損耗角正切值的智能化參數(shù)測量儀器，其0.1％的基本精度和高分辨率的顯示對于元件測量的質(zhì)量和可靠性的提高將有莫大的幫助。本儀器采用了先進的測量原理與五端測量技術(shù)，可以長期精確測量而無需專門調(diào)校。為保證儀器的精確測量，可通過儀器自校準功能將存在于測試端上的雜散電抗和引線電阻進行清“0”。儀器有通用測量夾具和五端測試電纜各一付供用戶選擇使用。（1）主要技術(shù)指示測量參數(shù)：電感量L、電容量C、阻抗R、品質(zhì)因素Q、損耗角正切值D測量頻率：100HZ±0.02％、1KHZ±0.02％、10KHZ±0.02％（DF2811A）100HZ±0.02％、1KHZ±0.02％（DF2812）100HZ±0.02％、120HZ±0.02％、10KHZ±0.02％（DF2812A）測量范圍及精度（如表所示）測試信號電平：0.3Vrms±10％（空載）測試速度：2～8次/秒，量程鎖定時為8次/秒工作環(huán)境溫度：0～40℃濕度：不大于90％RH大氣壓力：86～104Kpa使用電源：220V±10％50HZ±2HZ30VA外形尺寸：350×320×100mm重量：約5kg測量范圍及精度L0.1H～9999H±0.1%C0.1pF～19999μF±0.1%R0.0001Ω～99.99MΩ±0.1%Q0.0001～9999±0.15D0.0001～9.999±0.0010 DF2811A前面板序號名稱說明功能1功能顯示三只LED顯示指示當前測量主參數(shù)2主參數(shù)顯示五位數(shù)字顯示顯示L、C、R參數(shù)值3單位顯示三只LED顯示指示當前測量主參數(shù)單位4副參數(shù)顯示四位數(shù)字顯示顯示損耗質(zhì)D或品質(zhì)因數(shù)Q5功能顯示兩只LED顯示指示當前測量副參數(shù)6頻率鍵選擇加于被測元件上的測試信號的頻率7等效鍵選擇串、并聯(lián)式設定儀器測量等效電路8速度鍵慢、中、快選擇測量速度9鎖定鍵量程鎖定批量測試時，提高測量速度10清零鍵測試端開路和短路清零將引線電阻和測試端雜散電抗測量后，在輸出結(jié)果中自動清除11參數(shù)鍵主參數(shù)選擇選擇儀器所需參數(shù)測量狀態(tài)12電源開關ON狀態(tài)時電源接通，OFF狀態(tài)時電源斷開13接地端用于被測元件的屏蔽地14測試端HD、HS、LD、LS測試信號端HD：電源激勵高端LD：電源激勵低端HS：電壓取樣高端LS：電壓取樣低端使用方法①使用前注意事項在對儀器進行操作前，首先應詳細閱讀儀器說明書，或在對本儀器熟悉的人員指導下進行，以免產(chǎn)生誤操作。電源輸入相線Ｌ零線Ｎ應與本儀器電源插頭上標志的相線，零線相同。將測試所用夾具或測試電纜連接于本儀器前面板標志為HD、HS、LS、LD四個測試端。在使用測試電纜時，應將HD與HS短接，LD與LS短接。對具有屏蔽外殼的被測件，應把屏蔽層與儀器地“┴”相連。儀器應在技術(shù)指標規(guī)定的環(huán)境中工作，儀器特別是連接試件的測試導線應遠離強電磁場，以免對測量產(chǎn)生干擾。儀器測試完畢或排除故障需打開儀器時，應電源開關置于OFF位置并拔下電源插頭。儀器測試夾具或測試電纜應保持清潔，以保證試件接觸良好，夾具簧片調(diào)整至適當?shù)乃删o程度。帶電電容沖擊保護 本儀器具有專門設計帶電電容的抗沖擊電路，使由于帶電電容對儀器的破壞性大大降低。

操作步驟插上電源插頭，將面板電源開關按至ON，顯示窗口應有不斷反滾的數(shù)字顯示，否則重新啟動電源。預熱10分鐘，待機內(nèi)達到熱平衡后，進行正常測試。根據(jù)被測器件，選用合適的測試夾具或電纜，選用測試電纜應保證HD、HS和LD、LS分別在末端短接。被測試件引線應清潔，與測試端保持良好的接觸。根據(jù)被測件要求選擇相應測量條件。根據(jù)被測件的測試標準或使用要求按頻率鍵，選擇相應的測量頻率，例DF2811A可選擇100HZ、1KHZ、10KHZ三個頻率。儀器以五位數(shù)值顯示主參數(shù)，使用參數(shù)鍵選擇L、C、R，單位如下：L：μH、mH、HC：pF、nF、μFR：Ω、KΩ、MΩ本儀器共分五個量程，五個高精密電阻依次應用于各個量程，不同量程決定了不同的測試范圍，所有量程構(gòu)成了儀器完整的測試范圍。量程處于自動狀態(tài)，使用者將試件插入后所獲得的測量值并不直接送顯示，而是首先判斷此測量是否選擇了最佳量程，當在最佳量程時才將數(shù)據(jù)送至顯示器顯示。在此狀態(tài)最多可能需三次才能完成一次測量。當量程處于鎖定狀態(tài)時，儀器量程鎖定于當前量程，當量程鎖定時，儀器測試速度為8次/秒，儀器不進行量程選擇，可提高機內(nèi)繼電器使用壽命，降低儀器故障率。使用鎖定鍵應首先將一需要批量測試的元件插入測試夾具，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定無誤后鎖定鍵“鎖定”燈亮，設定便完成了。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行各種測量。用高頻Q表測量電感和電容時，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量回路Q值指示電路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，除具有一般Q表的測量功能外，還具有ΔQ測量和Q值設定功能，便于批量元件的測量。1.主要技術(shù)指標Q值測量范圍：10～1000分4檔30；100；300；1000，準確度±10%。電感量測量范圍：0.1μH～100mH分6檔。(0.1～1μH；1～10μH；10～100μH；0.1～1mH；1～10mH；10～100mH，準確度±5%)電容量測量范圍：(1～460)pF。主調(diào)電容(40～500)pF；微調(diào)電容±3pF；準確度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）。2.面板布置3.使用方法（1）測試前準備儀器水平放置：先校準Q值指示表的機械零點，并將讀數(shù)微調(diào)度盤調(diào)到零。接通電源：預熱30min以上，待儀器穩(wěn)定后再進行測量。每次測試前：應先短接接線柱兩端，進行零點校準。（2）高頻線圈Q值的測量將被測線圈接在接線柱上：選擇測量頻段，并調(diào)節(jié)振蕩頻率到所需頻率值上。估計被測線圈的Q值：將Q值范圍開關放在適當?shù)奈恢蒙?。調(diào)主調(diào)電容器遠離諧振點位置：使Q值指示表指示最小，再調(diào)Q值零位校準旋鈕，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，即Q值指示表指在最大值，此時讀數(shù)即為被測線圈的有效Q值Qe。（3）高頻線圈電感量的測量將被測線圈接在Lx接線柱上；估計被測線圈的電感量,在面板對照表上選擇一個標準頻率，將振蕩頻率調(diào)到這一標準頻率。估計線圈的Q值：將Q值范圍放在適當?shù)奈恢蒙?。調(diào)主調(diào)電容器到諧振：這時讀數(shù)盤上指示的讀數(shù)再乘以對照表上所指的倍數(shù)，即為線圈的有效電感量。4.測量注意事項（1）被測元件與儀器測量接線柱間的接線應盡量短，足夠粗，接觸良好，以減小測量誤差。（2）被測元件不要直接放在儀器頂部，必要時用低耗絕緣材料作襯墊物隔開。（3）不要將手靠近被測件，以免人體感應造成測量誤差。（4）有屏蔽罩的被測元件，屏蔽應接在低電位的接線柱上。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試儀器，通過儀器的標尺刻度可直接讀出晶體管的各項參數(shù)。如測量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；場效應管的漏極特性、轉(zhuǎn)移特性、夾斷電壓和跨導等參數(shù)，此外還可測量單結(jié)晶體管和晶閘管的特性參數(shù)。與其他晶體管測試儀相比，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，尤其是在晶體管的各種極限參數(shù)和擊穿特性的觀測上，由于測試時采用瞬時電壓和瞬時電流，能使被測晶體管只承受瞬時過載而不致造成損壞，因此對晶體管的測試和晶體管的合理應用都帶來極大的方便，但圖示儀不能用于測量晶體管的高頻參數(shù)。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?；鶚O階梯信號發(fā)生器?？僧a(chǎn)生基極階梯電流信號，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，使上述兩信號達到同步。X放大器和Y放大器。用于把從被測器件上取出的電壓信號進行放大，然后送至示波管的相應偏轉(zhuǎn)板