第5章+电子元器件的测量

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1、第5章电子元器件的测量5.1电阻、电感和电容的测量5.2Q表5.3YD2810B型LCR数字电桥5.4半导体器件的测量5.5集成电路的测试本章小结5.1电阻、电感和电容的测量5.1.1阻抗的概念5.1.2R、L、C元件的基本特性5.1.3电阻的测量5.1.4电感的测量5.1.5电容的测量5.1.1阻抗的概念阻抗是表征一个元器件或电路中电压、电流关系的复数特征量。在图5-1中，若给一个无源网络（或二端网络）的两输入端施加一激励电压信号（直流或交流），将产生一个电流。当激励电压为直流电压E时，对应产生

2、的电流为I，其电压与电流之比为一个常数，称之为电阻R，即R＝E/I。当激励电压为交流电压u(t)时，对应的响应电流为i(t)，这时我们将该电压与电流之比称为阻抗Z。图5-1电路阻抗示意图由于响应电流i(t)与激励电压u(t)之间通常会存在一个相位差，故（5-1）阻抗Z的实数部分R为电阻，是交流电路中消耗能量的元器件；虚数部分X为电抗，是存储能量的元器件。

3、Z

4、为阻抗的绝对值（或模值）；为复数的阻抗相角，表示电压U与电流I之间的相位差。Z、R和X之间的关系可用阻抗矢量图表示，如图5-2所示。图5-2

5、阻抗矢量图5.1.2R、L、C元件的基本特性1．电感线圈电感线圈的主要特性为电感L，但不可避免地还包括有损耗电阻rL和分布电容Cf。通常情况下，rL和Cf的影响较小。将电感线圈接于直流电源并达到稳态时，则可视为电阻。当其连接于频率不高的交流电源时，可视为理想电感和损耗电阻的串联；当频率继续升高，仍可将其视为L和rL的串联，但因Cf的作用，损耗电阻rL和电感L将随频率变化而变化；当频率很高时，由于Cf的作用，可视为电感和电容的并联。由此可见，在某一频率范围内，电感线圈可由若干理想元件组成的等效电路表

6、示。近似程度越高，适应的频率范围越宽，电路的形式越复杂。图5-3所示为高频电感线圈等效电路。图5-3电感线圈的等效电路2．电容器电容器等效电路如图5-4(a)所示。图中，除理想电容C外，还包含有介质损耗电阻Rj，由引线、接头、高频趋肤效应等产生的损耗电阻R，以及在电流作用下因磁通引起的电感L0。当频率很低时，R和L0的影响可以忽略，电容器的等效电路可以简化成图5-4(b)所示电路；当频率很高时，Rj的影响比R的影响小很多，L0的影响不能忽略，这时的等效电路如图5-4(c)所示，相当于一个LC串联谐

7、振电路。可以看出：当f＜f0C时，电容器呈容抗，其等效电容C随频率的升高而增大；当f＞f0C时，电容器呈感抗；当f＝f0C时，电容器呈纯电阻。(a)电容器等效电路(b)低频等效电路(c)高频等效电路图5-4电容器等效电路3．电阻器电阻器的主要特性为电阻R，但不可避免地还包括有分布电感和分布电容。电阻器的等效电路如图所示。图中，R为理想电阻，LR为串联分布电感，Cf为分布电容。4．Q值为表征元器件储能与耗能之间的关系，引入了品质因数Q，同时定义：（5-5）对于电感L，其品质因数为：（5-6）对于电容

8、L，其品质因数为：（5-7）在实际应用中，常用损耗因数D来形容电容器的质量。损耗因数D被定义为Q的倒数，即（5-8）5.1.3电阻的测量1．伏安法对于阻值固定且在低频下工作的电阻，可以根据欧姆定律对其进行测量。只要测得电阻两端的电压以及流过电阻的电流，即可由欧姆定律R＝U/I求出电阻的实际数值。图5-6所示为利用电流表和电压表测量电阻的两种方法，属于间接测量法，存在一定的误差。图5-6电阻测量的基本电路2．欧姆表欧姆表或万用表中的欧姆挡是一种直接测量电阻所用的仪表，其准确度不高，但使用极为方便，可

9、以直接读取被测对象的电阻，在精度要求不高的情况下被广泛使用。图5-7所示为串联式欧姆表的电路，由直流电流表与电阻及电源串联组成。当被测电阻Rx＝0时，可以通过调整“零欧姆调整电阻（0Ωadj）”R2，使电表头偏转在满刻度的位置，在此将刻度标以“0Ω”。在被测电阻Rx＝∞时，流过电表头的电流为零，因此在刻度的零点位置标以“∞”。Rx＝0时流过电表头的满刻度电流表示为图5-7串联式欧姆表当两测试端连接上被测电阻Rx时，流过电表头的电流为欧姆表连接待测电阻Rx时的偏转与满刻度偏转的比值，以刻度S.R

10、表示为由式可知，当待测电阻Rx＝＝Rh时，电表头将产生半格偏转（S.R＝1/2）,此电阻值称为欧姆表的半格电阻，可表示为（5-12）欧姆表的测试范围为0Ω～∞，通常以其半格电阻来表示欧姆表的额定，串联式欧姆表的刻度可由其刻度比的关系式来表示；图为串联式欧姆表的刻度，刻度的中央刻度为其半格电阻（Rh），也叫中值电阻；当Rx＝3Rh时刻度在1/4位置，Rx＝Rh/4时刻度在4/5位置。3．电桥法当对电阻的测量精度要求很高时，可用直流电桥进行测量。图5-9所示为常见的惠斯登电桥，图中R1