电路元件参数测量ppt课件.ppt

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1、第第4章章 电路元件参数测量电路元件参数测量对常用电路元件电阻、电容、电感、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。元件参数的测量方法。难点：难点： 电路元件参数的定义和描述方法。电路元件参数的定义和描述方法。重点：重点： 掌握电阻、电容、电感、半导体二掌握电阻、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。主要参数和常规测试方法。4.1 4.1 概述概述电路元件如电阻器、电容器

2、、电感电路元件如电阻器、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们的质量和性能的好坏直接影响电路的性能。性能。 电路元件的测量必须保证测试条件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。与规定的标准工作条件相符合。u4.2 4.2 电路元件参数的测量电路元件参数的测量 u4.2.14.2.1电阻和电位器的测量电阻和电位器的测量u 电阻和电位器在电路中多用来进行限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，是电路流、分压、分

3、流以及阻抗匹配等，是电路中应用最多的元件之一。中应用最多的元件之一。 一、一、电阻和电位器的参数电阻和电位器的参数 电阻的参数包括标称阻值、额定功率、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、精度、最高工作温度、最高工作电压、噪声系数及高频特性等，主要参数为噪声系数及高频特性等，主要参数为标标称阻值称阻值和和额定功率额定功率。u标称阻值标称阻值是指电阻上标注的电阻值；是指电阻上标注的电阻值；u额定功率额定功率是指电阻在一定条件下长期连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。续工作所允许承受的最大功率。u1.1. 电阻规格的直标法电阻规格的直标法u直标法直

4、标法是将电阻的类别和主要技术参数的数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，如下图值直接标注在电阻的表面上，如下图(a)(a)所示所示为碳膜电阻，阻值为为碳膜电阻，阻值为10k10k，精度为，精度为1%1%。图。图 (c)(c)所示为电阻额定功率的直接标识方法。所示为电阻额定功率的直接标识方法。2电阻规格的色环法电阻规格的色环法u色环法色环法是将电阻的类别和主要技术参数是将电阻的类别和主要技术参数的数值用颜色（色环）标注在电阻的表的数值用颜色（色环）标注在电阻的表面上，如上图面上，如上图(b)(b)所示。其中，第一、第所示。其中，第一、第二色环表示电阻被乘数量值；第三环为二色

5、环表示电阻被乘数量值；第三环为倍乘的量值；它们分别用倍乘的量值；它们分别用X X、Y Y、Z Z表示，表示，则电阻值为则电阻值为 : :)(1010ZYXR表表4.1各种颜色表示的数值各种颜色表示的数值颜色颜色 黑黑棕棕红红橙橙黄黄绿绿蓝蓝紫紫灰灰白白金金银银无色无色表示数值表示数值 0 01 12 23 34 45 56 67 78 89 91010-1-1 1010-2 -2 表示误差（表示误差（% %） 1 1 2 23 34 45 510102020如四环的颜色分别为红、紫、红、金，则如四环的颜色分别为红、紫、红、金，则电阻阻值为？电阻阻值为？R=（102+7）102=2.7K第四环表

6、示该电阻的误差为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，如下注在器件的表面上，如下图图(d)(d)所示两种所示两种电位器，左边为卧式线性可变电阻器，电位器，左边为卧式线性可变电阻器，阻值为阻值为0.5k0.5k；右边为旋转式对数可变右边为旋转式对数可变电阻器，阻值为电阻器，阻值为100k100k。 3 3电位器的标识法电位器的标识法u二、测量原理和常规测试方法二、测量原理和常规测试方法u电阻工作于低频时其电阻分量起主要作用，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。电抗部分可以忽略不计。u1.电阻的频率特性

7、电阻的频率特性u工作频率升高时，等效电路如图工作频率升高时，等效电路如图4.2所示。所示。图图4.24.2电阻的等效电路电阻的等效电路CRLv2固定电阻的测量固定电阻的测量v万用表测量万用表测量v电桥法测量电桥法测量当对电阻值的测量精度当对电阻值的测量精度要求很高时，可用直流要求很高时，可用直流电桥法进行测量。电桥法进行测量。惠斯登电桥的原理惠斯登电桥的原理如图如图4.3所示。所示。图图4.3 4.3 直流电桥测电阻直流电桥测电阻RXR1R2RnGEu其中其中R R1 1,R,R2 2是固定电阻，称为是固定电阻，称为比率臂比率臂，比例系数，比例系数k k=R=R1 1/R/R2 2可通过量程开

8、关进行调节；可通过量程开关进行调节； 为标准电阻为标准电阻, ,称为标准臂；称为标准臂； 为被测电阻；为被测电阻；G G为检流计。为检流计。u 测量时，接上被测电阻测量时，接上被测电阻 ，再接通电源，再接通电源，通过调节通过调节K K和和 ，使电桥平衡，即检流计指示，使电桥平衡，即检流计指示为为0 0，此时，读出，此时，读出K K和和 的值，即可求得的值，即可求得 ：nnxkRRRRR21nRxRxRnRnRxRu伏安法测量伏安法测量伏安法测量原理如图伏安法测量原理如图4.4(a)4.4(a)、(b)(b)所示，所示，有有电流表内接电流表内接和和电流表外接电流表外接两种测量电路。两种测量电路。

9、图图4.4 4.4 伏安法测电阻原理图伏安法测电阻原理图mARXRA+- -+V- -RXmARA+- -+V- -(a)(a)电流表内接电流表内接(b)(b)电流表外接电流表外接（1 1）电流表内接）电流表内接 电流表内接时，电流表的读数电流表内接时，电流表的读数I I等于被测电等于被测电阻阻 中流过的电流中流过的电流 ，电压表的读数等于被测，电压表的读数等于被测电阻电阻 上的电压与电流表上的电压之和。被测电上的电压与电流表上的电压之和。被测电阻的测值为阻的测值为: :)1 (xAxAxxAxRRRRRIUUIURv式中式中 Rx 被测电阻的实际值；被测电阻的实际值； RA 电流表内阻。电流

10、表内阻。 xRxIxR（2）电流表外接）电流表外接 电流表外接时，电压表的读数电流表外接时，电压表的读数U U 等于被测电阻等于被测电阻 两端的电压两端的电压 ，电流表的读数则是，电流表的读数则是 ，此时，被测电阻的测量值为此时，被测电阻的测量值为: : 式中式中 RX 被测电阻的实际值；被测电阻的实际值； RU 电压表内阻。电压表内阻。)1 (UxxUxxRRRIIUIURUxIIIxRxU 用伏安法测电阻，由于电阻接入的方法不同，测量用伏安法测电阻，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，能减少系统

11、误差，u一是采用加修正值的方法；一是采用加修正值的方法；u二是根据被测电阻的阻值范围合理选用二是根据被测电阻的阻值范围合理选用电路。电路。当当Rx RA，即即 ，可采用电流，可采用电流表内接电路；表内接电路；当当Rx RU，即即 ，可采用电，可采用电流表外接电路。流表外接电路。 MRkx1xR几百u3.电位器的测量电位器的测量u性能测量性能测量u主要测量电阻标称值和端片接触情况主要测量电阻标称值和端片接触情况（用万用表）。（用万用表）。u用示波器测量电位器的噪声用示波器测量电位器的噪声u示波器可以用来测量电位器、变阻器的示波器可以用来测量电位器、变阻器的噪声。如图噪声。如图4.5所示。所示。R

12、W图图4.5 电位器噪声测量接线图电位器噪声测量接线图 示波器示波器E输输入入输输入入4 4非线性电阻的测量非线性电阻的测量 u光敏、气敏、压敏、热敏电阻器等，它们光敏、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、压力的大小、电压的高低、温度的高低而变化。高低而变化。u一般可采用一般可采用伏安法伏安法，即逐点改变电压的大，即逐点改变电压的大小，然后测量相应的电流，最后作出伏安小，然后测量相应的电流，最后作出伏安特性曲线。特性曲线。u电容器在电路中多用来滤波、隔直、交流电容器在电路中多用来滤波、隔

13、直、交流耦合、交流旁路及与电感元件构成振荡电耦合、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。路等，是电路中应用最多的元件之一。 一一、电容的参数和标注方法、电容的参数和标注方法 1 1电容的参数电容的参数 电容器的参数主要有以下几项。电容器的参数主要有以下几项。（1 1）标称电容量和允许误差）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。量的允许最大偏差范围，称为允许误差。（2 2）额定工作电压）额定工作电压 指在规定的温度范

14、围内，电容器能够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。作电压和交流工作电压。（3 3）漏电电阻和漏电电流）漏电电阻和漏电电流 电容器的漏电流越大，绝缘电阻越小。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。重时，电容器因过热而损坏。（4 4）损耗因数）损耗因数 电容器的损耗因数定义为损耗功率与电容器的损耗因数定义为损耗功率与存储功率之比，用存储功率之比，用D D表示。表示。D D值越小，损耗值越小，损耗越小，电容的质量越好

15、。越小，电容的质量越好。2 2电容规格的标注方法电容规格的标注方法 电容器的标注方法同电阻器一样，有电容器的标注方法同电阻器一样，有直标法和色标法。直标法和色标法。二、测量原理和常规测试方法二、测量原理和常规测试方法u1电容的等效电路电容的等效电路 电容的实际等效电路如图电容的实际等效电路如图4.6(a)所示。在所示。在工作频率较低时，等效电路可简化为如图工作频率较低时，等效电路可简化为如图4.6(b)所示。所示。图图4.64.6电容的等效电路电容的等效电路(a) 电容的实际等效电路电容的实际等效电路(b) 电容的简化等效电路电容的简化等效电路C0R0L0C0R0u2性能测量性能测量u（1）估

16、测电容的漏电流）估测电容的漏电流用模拟万用表电阻档测电阻的方法，黑表笔用模拟万用表电阻档测电阻的方法，黑表笔接接“+”极，红表笔接极，红表笔接“-”极，指示的电阻极，指示的电阻值越大，表示漏电电流越小。值越大，表示漏电电流越小。u（2）判断电容的极性）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。流比正向漏电电流大的特性。u（3）估测电容量）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。同，表针向右摆动的幅度越大，表示电容量越大。

17、 容量范围容量范围摆动（摆动（FF）范围范围 测量档测量档 100100 R R100100略有摆动略有摆动 1/10 1/10以下以下 2/10 2/10以下以下 3/10 3/10以下以下 R R1k1k2/102/10以下以下 3/10 3/10以下以下 6/10 6/10以下以下 7/107/10以下以下3 3谐振法测量电容谐振法测量电容u交流信号源、交流电压表、标准电感交流信号源、交流电压表、标准电感L L和被测和被测电容连成如图电容连成如图4.74.7所示的并联电路。所示的并联电路。图图4.7 4.7 谐振法测电容的原理图谐振法测电容的原理图VLRC0信号源信号源CX02)2(1C

18、LfCx （3-33-3）式中式中 CxCx 被测电容的容量；被测电容的容量； L L标准电感标准电感 C C0 0标准电感的分布电容。标准电感的分布电容。被测电容值被测电容值 CX为为4 4交流电桥法测量电容量和损耗因数交流电桥法测量电容量和损耗因数串联电桥串联电桥 图图4.8 (a)4.8 (a)交流串联电桥测量电容和损耗因数交流串联电桥测量电容和损耗因数GRXR4R3RnCnCXu由电桥的平衡条件可得由电桥的平衡条件可得: :（3-43-4）nxCRRC34式中式中 CxCx被测电容的容量；被测电容的容量； C Cn n可调标准电容；可调标准电容； R R3 3,R,R4 4固定电阻。固

19、定电阻。nnxCfRQD21nxRRRR43（3-53-5）xRnR式中式中 被测电容的等效串联损耗电阻；被测电容的等效串联损耗电阻； 可调标准电阻；可调标准电阻； （3-63-6） 这种电桥适用于测量损耗小的电容器。对于损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。耗较大的电容器，可采用并联电桥测量。R4R3RnGCnCXRX图图4.8(b)4.8(b)交流并联电桥测量电容、电阻和损耗因数交流并联电桥测量电容、电阻和损耗因数图图4.8(4.8(b) )所示并联电桥，调节和使电桥平衡，此所示并联电桥，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

20、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。阻和损耗因数。 nxCRRC34nxRRRR43nnxCfRD21(3-7(3-7）5.电容的数字化测量方法电容的数字化测量方法 一般采用电容一般采用电容电压转换器实现电容的数电压转换器实现电容的数字化测量，转换器如图字化测量，转换器如图4.94.9所示。所示。图图4.9 4.9 电容电容- -电压的转换电路电压的转换电路虚部实部虚部实部分离电路分离电路 R1A+- -RxCxUxUrUSsxrURRU1S12UCfRUxxxrxxxUUCfRD21式中式中 R Rx x被测电容的等效并联损耗电阻；被测电容的等效并联损耗电阻； U US

21、S转换器输入的直流电压值；转换器输入的直流电压值； U Ur r转换器输出电压的实部值；转换器输出电压的实部值； U UX X转换器输出电压的虚部值。转换器输出电压的虚部值。(3-8)(3-8)u电感线圈在电路中多与电容一起组成滤波电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。路、谐振电路等。u一、主要参数一、主要参数u1 1电感量电感量L L 线圈的电感量线圈的电感量L L也叫自感系数或自感，是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。表示线圈产生自感应能力的一个物理量。RfLRLQ2（3-93-9）2.2.品质因数品质因数Q Q 线圈的品质因数线圈的品质因数Q Q

22、也叫也叫Q Q值值，是表示线，是表示线圈品质质量的一个物理量。它是指线圈在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。即感抗与其等效损耗电阻之比。即: : 3.分布电容 u线圈的线圈的匝与匝匝与匝间、间、线圈与屏蔽罩线圈与屏蔽罩间、间、线圈与磁芯线圈与磁芯、底板间存在底板间存在的电容，均的电容，均称为分布电容。称为分布电容。u分布电容的存在使线圈的分布电容的存在使线圈的Q Q值减小，稳值减小，稳定性变差，定性变差，因此线圈的分布电容越小因此线圈的分布电容越小越好。越好。 二、测量原理和常规测试方法二、测量

23、原理和常规测试方法 u1 1电感的等效电路电感的等效电路u 等效电路如图等效电路如图4.104.10(a)(a)所示。当所示。当C C较小，较小，工作频率较低时，分布电容可忽略不计。等工作频率较低时，分布电容可忽略不计。等效电路简化为图效电路简化为图4.104.10(b)(b)所示。所示。图图4.104.10电感的等效电路电感的等效电路CRL0(a) 电感的实际等效电路电感的实际等效电路(b) 电感的简化等效电路电感的简化等效电路RL02.谐振法测量电感谐振法测量电感u 将交流信号源、交流电压表、标准电容将交流信号源、交流电压表、标准电容C和被和被测电感连成如图测电感连成如图4.11所示的并联

24、电路。所示的并联电路。图图4.11 4.11 谐振法测电感的原理图谐振法测电感的原理图VRC0信号源信号源CLX则被测电感值则被测电感值Lx为为:)()2(1021CCfLx式中式中 L Lx x被测电感的电感量；被测电感的电感量； CC标准电容；标准电容； C C0 0标准电感的分布电容标准电感的分布电容 f f1 1第一次谐振的频率。第一次谐振的频率。（3-103-10） 调节信号源的频率，使电路自然调节信号源的频率，使电路自然谐振谐振，测出，测出f2的值。的值。VRC0信号源信号源LXCfffC2122210由上述两式可得由上述两式可得: : 02221CfLx）（ 式中式中 f f2

25、2第二次谐振的频率。第二次谐振的频率。（3-113-11）将将C C0 0代入式（代入式（3-113-11）即可得到被测电感的电感量。）即可得到被测电感的电感量。 3 3交流电桥法测量电感交流电桥法测量电感u（1 1）马氏电桥）马氏电桥RXR3RnCnLXR2G4.12(a)4.12(a)马氏电桥马氏电桥u由电桥平衡条件可得由电桥平衡条件可得式中式中 L Lx x被测电感；被测电感； C Cx x标准电容；标准电容； R Rx x被测电感的损耗电阻。被测电感的损耗电阻。 （3-123-12）nxCRRL32nxRRRR32nnxCRQ（2 2）海氏电桥）海氏电桥R2GR3LXRXCnRn4.1

26、2(b)海氏电桥海氏电桥 （3-133-13） 电桥法测量电感一般适用于低频运用的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。电感，尤其适用于有铁芯的大电感。如图如图4.12(b)4.12(b)所示，同样由电桥平衡条件可得所示，同样由电桥平衡条件可得222321nnnxCRCRRL)1(22222232nnnnnxCRCRRRRRnnxCRQ1（3）文氏电桥）文氏电桥4.12(c)文氏电桥文氏电桥如图如图4.12(c)4.12(c)所示，同样由电桥平衡条件可得所示，同样由电桥平衡条件可得232312fR R C C312432+CRRRRC 电桥的平衡对频率很敏感，故可做

27、频率测量和选电桥的平衡对频率很敏感，故可做频率测量和选频电路用。频电路用。u在被测电感线圈的在被测电感线圈的 时，采用马时，采用马氏电桥；氏电桥；u在被测电感线圈的在被测电感线圈的 时，采用时，采用海氏电桥。海氏电桥。 10Q10Q通用仪器测量电感通用仪器测量电感u通用仪器测量电感的理论依据是复数欧姆定通用仪器测量电感的理论依据是复数欧姆定律律 ，电路原理如图，电路原理如图4.13所示。所示。图图4.13 4.13 通用仪器测电感的原理图通用仪器测电感的原理图信号源信号源V1R1LXR2V2IUfLXL/2x2212 fLRUUIUXL所以所以2122 fUURLx （3-14） xL2R1U2U2R式中式中 被测电感；被测电感； 电流取样电阻；电流取样电阻；电感两端的电压；电感两端的电压；电阻电阻两端的电压。两端的电压。u一般采用电感一般采用电感电压转换器实现电感的数字化测电压转换器实现电感的数字化测量，该转换器如图量，该转换器如图4.14所示。所示。图图4.14 4.14 电感电感- -电压的转换电路电压的转换电路LX虚 部 实 部虚 部 实 部分离电路分离电路R1A+- -RxUxUrUS利用实部、虚部分离电路可得：利用实部、虚部分离电路可得：sxrURRU1sxxURLU1rxxxxUURLQ （3-15）