电路元件参数测量.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,4,章 电路元件参数测量,内容提要：,对常用电路元件电阻、电容、电感、半导体二极管、半导体三极管和集成门电路的作用和主要参数进行介绍；描述电路元件参数的测量方法。,难点：,电路元件参数的定义和描述方法。,重点：,掌握电阻、电容、电感、半导体二极管、半导体三极管和集成门电路的主要参数和常规测试方法。,4.1,概述,电路元件如电阻器、电容器、电感器、晶体二极管、晶体三极管和集成电路等是组成电子电路最基本的元件，它们的质量和性能的好坏直接影响电路的性能。,电路元件的测量必须保证测试条件与规定的标准工作条件相符合。,4.2,电路元件参数的测量,4.2.1,电阻和电位器的测量,电阻和电位器在电路中多用来进行限流、分压、分流以及阻抗匹配等，是电路中应用最多的元件之一。,一、,电阻和电位器的参数,电阻的参数包括标称阻值、额定功率、精度、最高工作温度、最高工作电压、噪声系数及高频特性等，主要参数为,标称阻值,和,额定功率,。,标称阻值,是指电阻上标注的电阻值；,额定功率,是指电阻在一定条件下长期连续工作所允许承受的最大功率。,1.,电阻规格的直标法,直标法,是将电阻的类别和主要技术参数的数值直接标注在电阻的表面上，如下,图,(a),所示为碳膜电阻，阻值为,10k,，,精度为,1%,。图,(c),所示为电阻额定功率的直接标识方法。,2,电阻规格的色环法,色环法,是将电阻的类别和主要技术参数的数值用颜色（色环）标注在电阻的表面上，如上图,(b),所示。其中，第一、第二色环表示电阻被乘数量值；第三环为倍乘的量值；它们分别用,X,、,Y,、,Z,表示，则电阻值为,:,表,4.1,各种颜色表示的数值,颜色,黑,棕,红,橙,黄,绿,蓝,紫,灰,白,金,银,无色,表示数值,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,-1,10,-2,表示误差（,%,）,1,2,3,4,5,10,20,如四环的颜色分别为红、紫、红、金，则电阻阻值为？,R=,（,102+7,）,10,2,=2.7K,第四环表示该电阻的误差为,5%,。,一般将电位器的阻值和功耗直接标注在器件的表面上，如下,图,(d),所示两种电位器，左边为卧式线性可变电阻器，阻值为,0.5k,；,右边为旋转式对数可变电阻器，阻值为,100k,。,3,电位器的标识法,二、测量原理和常规测试方法,电阻工作于低频时其电阻分量起主要作用，电抗部分可以忽略不计。,1.,电阻的频率特性,工作频率升高时，等效电路如图,4.2,所示。,图,4.2,电阻的等效电路,C,R,L,2,固定电阻的测量,万用表测量,电桥法测量,当对电阻值的测量精度,要求很高时，可用直流,电桥法进行测量。,惠斯登电桥的原理,如图,4.3,所示。,图,4.3,直流电桥测电阻,R,X,R,1,R,2,R,n,G,E,其中,R,1,R,2,是固定电阻，称为,比率臂,，比例系数,k,=R,1,/R,2,可通过量程开关进行调节；为标准电阻,称为标准臂；为被测电阻；,G,为检流计。,测量时，接上被测电阻 ，再接通电源，通过调节,K,和 ，使电桥平衡，即检流计指示为,0,，此时，读出,K,和 的值，即可求得 ：,伏安法测量,伏安法测量原理如图,4.4(a),、,(b),所示，,有,电流表内接,和,电流表外接,两种测量电路。,图,4.4,伏安法测电阻原理图,mA,R,X,R,A,+,-,+,V,-,R,X,mA,R,A,+,-,+,V,-,(a),电流表内接,(b),电流表外接,（,1,）电流表内接,电流表内接时，电流表的读数,I,等于被测电阻 中流过的电流 ，电压表的读数等于被测电阻 上的电压与电流表上的电压之和。被测电阻的测值为,:,式中,Rx,被测电阻的实际值；,R,A,电流表内阻。,（,2,）电流表外接,电流表外接时，电压表的读数,U,等于被测电阻,两端的电压，电流表的读数则是 ，此时，被测电阻的测量值为,:,式中,R,X,被测电阻的实际值；,R,U,电压表内阻。,用伏安法测电阻，由于电阻接入的方法不同，测量值与实际值有差异。此差异为系统误差，为了尽可能减少系统误差，,一是采用加修正值的方法；,二是根据被测电阻的阻值范围合理选用电路。,当,R,x,R,A,，,即 ，可采用电流表内接电路；,当,R,x,R,U,，,即,，可采用电流表外接电路。,3.,电位器的测量,性能测量,主要测量电阻标称值和端片接触情况（用万用表）。,用示波器测量电位器的噪声,示波器可以用来测量电位器、变阻器的噪声。如图,4.5,所示。,R,W,图,4.5,电位器噪声测量接线图,示波器,E,输,入,输,入,4,非线性电阻的测量,光敏、气敏、压敏、热敏电阻器等，它们的阻值随着外界光线的强弱、气体浓度的高低、压力的大小、电压的高低、温度的高低而变化。,一般可采用,伏安法,，即逐点改变电压的大小，然后测量相应的电流，最后作出伏安特性曲线。,4.2.2,电容的测量,电容器在电路中多用来滤波、隔直、交流耦合、交流旁路及与电感元件构成振荡电路等，是电路中应用最多的元件之一。,一,、电容的参数和标注方法,1,电容的参数,电容器的参数主要有以下几项。,（,1,）标称电容量和允许误差,标注在电容器上的电容量，称作标称,电容量。电容器的实际电容量与标称电容,量的允许最大偏差范围，称为允许误差。,（,2,）额定工作电压,指在规定的温度范围内，电容器能够,长期可靠工作的最高电压。可分为直流工,作电压和交流工作电压。,（,3,）漏电电阻和漏电电流,电容器的漏电流越大，绝缘电阻越小。,当漏电流较大时，电容器会发热，发热严,重时，电容器因过热而损坏。,（,4,）损耗因数,电容器的损耗因数定义为损耗功率与,存储功率之比，用,D,表示。,D,值越小，损耗,越小，电容的质量越好。,2,电容规格的标注方法,电容器的标注方法同电阻器一样，有,直标法和色标法。,二、测量原理和常规测试方法,1,电容的等效电路,电容的实际等效电路如图,4.6(a),所示。在,工作频率较低时，等效电路可简化为如图,4.6(b),所示。,图,4.6,电容的等效电路,(a),电容的实际等效电路,(b),电容的简化等效电路,C,0,R,0,L,0,C,0,R,0,2,性能测量,（,1,）估测电容的漏电流,用模拟万用表电阻档测电阻的方法，黑表笔接“,+”,极，红表笔接“,-”,极，指示的电阻值越大，表示漏电电流越小。,（,2,）判断电容的极性,以电解电容为例，根据电解电容反向漏电电流比正向漏电电流大的特性。,（,3,）估测电容量,测量电容的充电电流，接线方法与测漏电电流时相同，表针向右摆动的幅度越大，表示电容量越大。,容量范围,摆动（,F,）,范围,测量档,100,R100,略有摆动,1/10,以下,2/10,以下,3/10,以下,R1k,2/10,以下,3/10,以下,6/10,以下,7/10,以下,3,谐振法测量电容,交流信号源、交流电压表、标准电感,L,和被测电容连成如图,4.7,所示的并联电路。,图,4.7,谐振法测电容的原理图,V,L,R,C,0,信号源,C,X,（,3-3,）,式中,Cx,被测电容的容量；,L,标准电感,C,0,标准电感的分布电容。,被测电容值,C,X,为,4,交流电桥法测量电容量和损耗因数,串联电桥,图,4.8(a),交流串联电桥测量电容和损耗因数,G,R,X,R,4,R,3,R,n,C,n,C,X,由电桥的平衡条件可得,:,（,3-4,）,式中,Cx,被测电容的容量；,C,n,可调标准电容；,R,3,R,4,固定电阻。,（,3-5,）,式中,被测电容的等效串联损耗电阻；,可调标准电阻；,（,3-6,）,这种电桥适用于测量损耗小的电容器。对于损耗较大的电容器，可采用并联电桥测量。,并联电桥的测量,R,4,R,3,R,n,G,C,n,C,X,R,X,图,4.8(b),交流并联电桥测量电容、电阻和损耗因数,图,4.8(,b,),所示并联电桥，调节和使电桥平衡，此,时根据下式可求出电容的容量、等效串联损耗电,阻和损耗因数。,(3-7,）,5.,电容的数字化测量方法,一般采用电容,电压转换器实现电容的数字化测量，转换器如图,4.9,所示。,图,4.9,电容,-,电压的转换电路,虚部实部,分离电路,R,1,A,+,-,R,x,C,x,U,x,U,r,U,S,式中,R,x,被测电容的等效并联损耗电阻；,U,S,转换器输入的直流电压值；,U,r,转换器输出电压的实部值；,U,X,转换器输出电压的虚部值。,(3-8),4.2.3,电感的测量,电感线圈在电路中多与电容一起组成滤波电路、谐振电路等。,一、主要参数,1,电感量,L,线圈的电感量,L,也叫自感系数或自感，是表示线圈产生自感应能力的一个物理量。,（,3-9,）,2.,品质因数,Q,线圈的品质因数,Q,也叫,Q,值,，是表示线,圈品质质量的一个物理量。它是指线圈在,某一频率的交流电压下工作时，所呈现的,感抗与其等效损耗电阻之比。即,:,3.,分布电容,线圈的,匝与匝,间、,线圈与屏蔽罩,间、,线圈与磁芯,、,底板间存在,的电容，均称为分布电容。,分布电容的存在使线圈的,Q,值减小，稳定性变差，,因此线圈的分布电容越小越好。,二、测量原理和常规测试方法,1,电感的等效电路,等效电路如图,4.10,(a),所示。当,C,较小，工作频率较低时，分布电容可忽略不计。等效电路简化为图,4.10,(b),所示。,图,4.10,电感的等效电路,C,R,L,0,(a),电感的实际等效电路,(b),电感的简化等效电路,R,L,0,2.,谐振法测量电感,将交流信号源、交流电压表、标准电容,C,和被测电感连成如图,4.11,所示的并联电路。,图,4.11,谐振法测电感的原理图,V,R,C,0,信号源,C,L,X,则被测电感值,L,x,为,:,式中,L,x,被测电感的电感量；,C,标准电容；,C,0,标准电感的分布电容,f,1,第一次谐振的频率。,（,3-10,）,调节信号源的频率，使电路自然,谐振,，测出,f,2,的值。,V,R,C,0,信号源,L,X,.,由上述两式可得,:,式中,f,2,第二次谐振的频率。,（,3-11,）,将,C,0,代入式（,3-11,）即可得到被测电感的电感量。,3,交流电桥法测量电感,（,1,）马氏电桥,R,X,R,3,R,n,C,n,L,X,R,2,G,4.12(a),马氏电桥,由电桥平衡条件可得,式中,L,x,被测电感；,C,x,标准电容；,R,x,被测电感的损耗电阻。,（,3-12,）,.,（,2,）海氏电桥,R,2,G,R,3,L,X,R,X,C,n,R,n,4.12,(b),海氏电桥,.,（,3-13,）,电桥法测量电感一般适用于低频运用的电感，尤其适用于有铁芯的大电感。,如图,4.12(b),所示，同样由电桥平衡条件可得,（,3,）文氏电桥,4.12,(c),文氏电桥,如图,4.12(c),所示，同样由电桥平衡条件可得,电桥的平衡对频率很敏感，故可做频率测量和选频电路用。,在被测电感线圈的 时，采用马氏电桥；,在被测电感线圈的 时，采用海氏电桥。,实用交流电桥举例,4.,通用仪器测量电感,通用仪器测量电感的理论依据是复数欧姆定律 ，电路原理如图,4.13,所示。,图,4.13,通用仪器测电感的原理图,信号源,V,1,R,1,L,X,R,2,V,2,所以,（,3-14,）,式中,被测电感；,电流取样电阻；,电感两端的电压；,电阻,两端的电压。,5.,电感的数字化测量方法,一般采用电感,电压转换器实现电感的数字化测量，该转换器如图,4.14,所示。,图,4.14,电感,-,电压的转换电路,L,X,虚部实部分离电路,R,1,A,+,-,R,x,U,x,U,r,U,S,利用实部、虚部分离电路可得：,（,3-15,）,