第5章电子元件参数的测量技术

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1、第5章 电子元件参数的测量技术5.1 电子元件参数测量的基本要求和方法电子元件参数测量的基本要求和方法5.2 使用万用电桥测量电阻、电容和电感的操作方法使用万用电桥测量电阻、电容和电感的操作方法5.3 使用使用Q表测量电容和电感的操作方法表测量电容和电感的操作方法5.4 使用数字万用表测量电容和二极管的操作方法使用数字万用表测量电容和二极管的操作方法5.5 使用晶体管特性使用晶体管特性图示仪测量二极管和三极管的操作方法图示仪测量二极管和三极管的操作方法 在电子技术中，电子元器件的测量主要包括集中参在电子技术中，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。集中数元件

2、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指对电阻、电容、电感、阻抗品质因数参数元件测量是指对电阻、电容、电感、阻抗品质因数Q及损耗因数及损耗因数D的测量。的测量。 本章重点介绍常见的电子元件在不同工作频率时的测本章重点介绍常见的电子元件在不同工作频率时的测量原理和方法量原理和方法。测试仪器主要有电桥和。测试仪器主要有电桥和Q表等仪器。一般表等仪器。一般对低频元件用电桥法测量，高频元件用谐振法测量。对低频元件用电桥法测量，高频元件用谐振法测量。 引 言5.1 电子元件参数测量的基本要求和方法5.1.1 电阻器的测量方法和要求1. 电阻器的等效电路 实际电阻器可以等效为纯电阻R与引

3、线电感L0的串联，再与分布电容C0的并联。引线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。低频状态下，感抗很小，容抗很大，故可将电容看成开路，电感看成短路，但在高频状态下，由于感抗很大，容抗很小，就必须考虑电感和电容的因素。 2. 测量方法根据阻值的大小分为三类：电阻小电阻（1以下），测量使用专用的仪器，如直流双臂电桥中值电阻（ 1 0.1M ），万用表法，伏安法，直流单臂电桥大电阻（0.1M ），兆欧表法u 万用表测电阻注意：1.待测电阻需在不带电情况下测量；2.万用表选择开关置于任一欧姆档时，应先进行调零；3.为测量准确，应选择合适的量程，使指针在标尺中心附近。（a

4、）前接法（b）后接法u伏安法测电阻 伏安法，即电压表电压表-电流表法电流表法，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，比较适合直流电阻仅适用于低频测量，比较适合直流电阻的测量。的测量。 注意：u电压表前接法，又称电流表内接法和伏安法，此时测量值包含被测电阻和电流表内阻，因此适合测量阻值较大的电阻。u 电压表后接法，又称电流表外接法和安伏法，此时测量值包含被测电阻和电压表内阻并联，因此适合测量阻值较小的电阻。u电桥法测电阻 当工作频率较宽，测量精度较高，低频阻抗的测量可用直流电桥进行。 电桥法又称为指零法，是利用示零电路作为指示器，根据电桥平衡时，

5、各桥臂之间的关系来确定被测量。按电桥中使用电源的不同可分为直流电桥和交流电桥。测量电阻主要用直流电桥，通常又分为直流单臂电桥和直流双臂电桥。 直流单臂电桥又叫惠斯登电桥，适用于中值电阻的测量。直流双臂电桥用于测量小电阻，大电阻可用超高阻电桥。原理如下图所示, 图中R1、R2是固定电阻，构成比率臂，比例系数 R1 / R2 =K，RN为标准电阻，Rx为被测电阻，G为检流计。电桥平衡的条件：R2RN=R1Rx所以有NNxKRRRRR121. 电感的种类与参数 理想电感器是储能元件，存储的磁场能量为E=LI2/2。它是用长导线绕制而成。 电感的主要参数有三个，即电感量、品质因数和分布电容 (1) 电

6、感量。(2) 品质因数。电感损耗电阻为R，在一定频率的交流电压下工作时，电感所呈现的感抗与损耗电阻R之比，称为电感的品质因数，即(3) 分布电容。当工作频率较低时，分布电容作用可忽略。 RfLRLQ25.1.2 电感器的测量方法和要求2. 电感器的等效电路 实际电感器在运用中除考虑电感量参数电感量参数外，由于线圈的因素也要考虑损耗电阻损耗电阻，它的等效电路为损耗电阻RLS与纯电感串联或者并联损耗电阻RLP与纯电感并联，如下图所示。（a） （b） 实际电感器还存在分布电容分布电容C C，在频率不太高的情况下，分布电容的影响由于容抗很大可忽略不计。高频时高频时则必须考必须考虑，虑，高频时电感的等效

7、电路如下图所示。RLC 测量电感主要是测量电感值和品质因数。品质因数是存储的功率与损耗功率之比。Q值越大损耗越小，电感的品质越好。串联等效电路：Q=XL/RLS=L/RLS 并联等效电路：Q=RLP/XL= RLP/L （1）谐振法测电感信号源CRC0LxV 测量时，首先调节信号源的频率，使电压表的读数为最大值，记下此时频率为f1，这时有 由于式中C0还未可知，需进行第二次测量，此时不接入电容C，对应的谐振频率为f2，因此有)()2(1021CCfLx021)2(1CfLx3. 测量方法所以有022122210)2(1CfLLCfffCx（2） 交流电桥法测量 1.1.工作原理工作原理 交流电

8、桥原理图如下，主要由桥体、电源桥体、电源G G及平衡指示器及平衡指示器P 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 即： x+2=1+3 由此可见，要使交流电桥完全平衡，必须同时满足后两个等式，即振幅平衡条件和相位平衡条件。 振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件 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

9、调电容。 于是， 当Z1、Z2为纯电阻R1、R2时，满足关系： 321ZRRZx 当Z1、Z3为纯电阻R1、R3时，满足关系： 231ZRRZx 由上式得，当两个邻臂为纯电阻时的电桥称为臂比电桥臂比电桥，它比较适于测量电容比较适于测量电容；当两个相对桥臂为纯电阻时的电桥称为臂乘电桥臂乘电桥，它比较适于测量电感比较适于测量电感。 321ZRRZx231ZRRZx 交流电桥的电源必须为交流电桥的电源必须为纯正弦波交流电源纯正弦波交流电源，否则，由于电源中频率成分复杂，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

10、，电桥各部分之间要良好屏蔽，但即使如此，也只适合在音频或低射也只适合在音频或低射频段使用，频段使用，高频段的测量适合选用高频段的测量适合选用。 R2RxRnGR1Lxu(t)Cn根据平衡方程有 式中 ZL=Rx+jLx 进一步推算可得CnLZRRZ2nnCCRjRCjRZ1111/11122RRRRCRRLnxnnx2.2.麦克斯韦电桥（测量低麦克斯韦电桥（测量低Q Q电感）电感）Q=RnCn 3.3.海氏电桥（测量高海氏电桥（测量高Q Q电感）电感）该交流电桥平衡条件为： 经推导，得： Rx=R1R2/RSLx=R1R2CS Qx=1/RsCs （3） 利用通用仪器测量 其方法是在交流电压工

11、作条件下，利用电压表和电流表测出加于电感两端的电压U和流过电感的电流I，则有L=U/I，如下图所示。RUsLxrV2V1由复数的欧姆定律可知所以122/LLxUUXfLIUr212UUfrLx（4） 电感的数字化测量 常用的LCR测试仪器测量电感采用了电感电压转换法。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。 虚部实部分离电路RxLxUoUrUxR1R2Us 图中Us、R1为固定量，运算放大器输出为Uo，在复数领域 后续虚部、实部分离电路可以从Uo中分离出实部Ur和虚部Ux，则)(11110ssxSxxSL