《第4章 电子元器件与集成电路测量》.ppt

第4章 电子元器件与集成电路测量 4.1 电阻、电感和电容的测量 4.1.1 阻抗的概念 如图4.1所示，一个二端元件或一个无源网络的一对输入端施加一激励电压信号（直流或交流），将产生一个电流，这时我们将电压与电流之比称为阻抗。 图4.2所示的是三种基本元件电阻、电感、电容的理想模型。实际的元件是复杂的，每一种元器件在高频工作时都会在不同程度上显示所有三种特性。如图4.3所示即为电阻、电感、电容的实际等效电路。 为了讨论问题方便，通常将阻抗元件等效为一个理想电阻与一个理想电感或理想电容相串联的形式，如图4.4所示。 同时定义：  （4-1） Q用于表征元件存储与消耗能量之比，常称为品质因数。对于电感有 对于电容有 4.1.2 电阻的特性与测量 1. 电阻的参数和种类 如图4.5（a）所示电阻为碳膜电阻，阻值为100 Ω，精度为1%。图4.5（b）所示为电阻额定功率的直接标示法。 各种颜色代表的量值如表4.1所示。 2. 电阻的测量 图4.6示出了两种利用电流表和电压表测量电阻的方法。 当对电阻的测量精度要求很高时，可用直流电桥进行测量。一种叫惠斯登电桥的测量方法原理如图4.7所示, 图中R1、R2是固定电阻， R1 / R2 =K，RN为标准电阻，Rx为被测电阻，G为检流计。 测量时，通过调节RN，使电桥平衡，即检流计指示为零。此时有 也即  R2RN=R1Rx 所以有 4.1.3 电感的特性与测量 1. 电感的种类与参数 电感的主要参数有三个，即电感量、品质因数和分布电容。 (1) 电感量。 (2) 品质因数。电感的等效电路如图4.3所示。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。 2. 电感的测量 1) 利用通用仪器测量 其方法是在交流电压工作条件下，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ωL=U/I，如图4.8所示。 由复数的欧姆定律可知 所以 2) 交流电桥法测量 在低频情况下，若电感的损耗不可忽略，可以用交流电桥进行测量。测量电路如图4.9所示。 根据平衡方程有 式中  ZL=Rx+jωLx 进一步推算可得  3) 用谐振电路测量 测量电路如图4.10所示。 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 所以有 4) 用Q表测量  Q表可以用来准确测量电感线圈的Q值与电感量。其基本电路如图4.11所示。 图中e（t）是频率可变振荡信号源，CT是调谐电容，容量为C，当电感线圈接入测量电路后，调节信号源的频率在电感线圈的工作频率附近，改变CT ，使UC为最大，此时电路处于谐振状态，ω0L=1/(ω0C) ，有 同时UC=Qe （e为e（t）的有效值），则 因而 5) 用电子仪表测量 常用的LCR测试仪器测量电感则采用了电感—电压转换法，如图4.12所示。 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 4.1.4 电容的特性与测量 1. 电容的参数、种类与标识方法 1） 电容的参数 电容的主要参数为电容量和额定工作电压。电容量表示在单位电压上电容器上能存储多少电荷。 2) 电容的种类 电容器的种类很多。根据制作材料来分，有铝质电容、钽电容、云电容、独石电容、涤纶电容、瓷片电容等等。根据工作电压来分，有低压电容和高压电容。根据工作频率来分， 有低频电容和高频电容。还有固定电容、可变电容、穿心电容等等，可根据工作条件与要求加以选用。 3) 标注方法 和电阻的标注方法相类似，电容的标注方法有直标法和色标法。 2. 电容的测量 1) 用谐振法测量 测量电路如图4.13所示，图中Us为激励信号源，L为标准电感，Cs为确定的电感分布电容，R为信号源内阻，Cx为被测电容。 测量时可反复调节信号源频率，使电压表读数最大，这时信号源的频率为f0，由电路谐振条件可知  即 所以 2) 用Q表测量 Q表常用于对在高频