电子元器件测量与仪器

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1、课题第6章电子元器件测量与仪器课时分配：六课时教学目的要求：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。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。教学重点：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。教学难点：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。教学方法：演讲法、问题教学法、设计教学法、小

2、组研讨法、辩论法、座谈研讨等教学过程引入新课：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。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

3、程中的刻槽等原因而产生的。在低频状态下，ωLR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。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tanδ）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：集中参数元件的测量包括伏安法、电桥法和谐振法三种。6

4、.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ω的交流电压作为电源，由电容、电感等效电路的分析可知，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

5、系：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位，该仪表称为法拉计。伏安法可以测量1Ω到数百兆欧范围内的电阻以及1pF到数百微法的电容。6.2.2阻抗的数字化测量阻抗的测量包括电感、电

6、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、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Rx、Lx及Qx

7、的大小来。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=－R1UrωCx由此可见，也可以利用数字多用表来实现Cx、Rx及Dx的测量。3.LCR参数测试仪图6.7为LCR参数测试仪原理图。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。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效电路

8、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