第4章-电子元器件与集成电路测量(电子测量技术课件).ppt
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1、第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量4.1 电阻、电感和电容的测量电阻、电感和电容的测量4.2 半导体二极管、三极管与场效应管的测量半导体二极管、三极管与场效应管的测量4.3 集成电路的测试集成电路的测试思考题思考题4第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 4.1 电阻、电感和电容的测量电阻、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。第第4章章 电子元器件
2、与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 图4.1 阻抗的示意图 u(t)激励源i(t)被测元件或网络第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 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。 第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 图4.2 理想的电阻、电感、电容电阻器电感器电容器第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 图4.3 电阻、电感、电容的实际等效电路电阻RLC电感RLC电容RLCR第第4
3、章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 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。 第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 图4.4 感抗与容抗元件的等效(a) 电阻与电感串联; (b) 电阻与电容串联(a)(b)第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 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RXQ RLQLRCRCQC1)/(1第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 4.1.2 电阻的特性与测量1
4、. 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 ,精度为1%。图4.5(b)所示为电阻额定功率的直接标示法。第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 图4.5 电阻的标注100 1电阻碳膜TR0.5 W第一位数第二位数倍乘允许偏差(a)(b)(c)第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 各种颜色代表的量值如表4.1所示。 第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 表4.1 色码电阻色环对应数值 第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 2. 电阻的测量图4.6示出了两种利用电流表和电压表测
5、量电阻的方法。 第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 图4.6 电阻测量的基本电路AV(a) AV (b)RR第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 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。第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 图4.7 惠斯登电桥测电阻RNR1RxR2G第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 测量时,通过调节RN,使电桥平衡,即检流计
6、指示为零。此时有也即R2RN=R1Rx所以有NxRRRRRR1121NNxKRRRRR12第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 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。 RfLRLQ2第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 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
7、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L=U/I,如图4.8所示。 第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 图4.8 用通用仪器测电感示意图RUsLxrV2V1第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 由复数的欧姆定律可知所以fLrUUIUXLL2/21212UUfrLx第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 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。 第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 图4.9 交流电桥法测电感R2RxRn
8、GR1Lxu(t)Cn第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 根据平衡方程有 式中 ZL=Rx+jLx进一步推算可得CnLZRRZ2nnCCRjRCjRZ1111/11122RRRRCRRLnxnnx第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 3) 用谐振电路测量测量电路如图4.10所示。第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 图4.10 谐振法测电感信号源CRC0LxV第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 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,
9、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)()2(1021CCfLx021)2(1CfLx第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 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。 022122210)2(1CfLLCfffCx第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 图4.11 用 Q表测电感R外接 C待测电感Le(t)VUCCTUL第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 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
10、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,0L=1/(0C) ,有同时UC=Qe (e为e(t)的有效值),则CfCL2020)2(11eUcQ 第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 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。 QCfCQQLR000211第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 图4.12 电感电压转换法测量电感虚部实部分离电路RxLxUoUrUxR1R2Us第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 图中Us、R1为
11、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)(11110ssxSxxSLURLjURRURLjRURZUrxxxxSxxSrUURLQURLUURRU112第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 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
12、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。第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 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。第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 图4.13 谐振法测电容LVCxCsRUs第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 测量时可反复调节信号源频率,使电压表读数
13、最大,这时信号源的频率为f0,由电路谐振条件可知 即所以LC120LC201sxCLfCCC200)2(1第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 2) 用Q表测量Q表常用于对在高频下工作的电容器进行测量。这时被测电容器可等效为一个理想电容与一个较大的电阻相并联的模型。实际测量电路如图4.14所示。 第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 图4.14 用Q表测电容Q检测器外接电容外接电感UsRxL0CxC第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 接着将被测电容Cx跨接于“外接电容”上,重新调整调谐电容, 使电路达到谐振,将新的调谐电
14、容的值记为C2,新的Q值为Q2。这时有 3) 用转化法测量举例来说,多谐振荡器的频率与振荡电容有着确定的关系,如果以被测电容作为振荡电容,则可以构成一个电容频率转换电路,如图4.15所示。 212121QQQQRCCCxx第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 图4.15 电容频率转换电路 频率输出振荡器Cx第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 原理类似于图4.12所示的电感测量电路,如图4.16所示。第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 图4.16 电容电压转换电路 虚部实部分离电路RxR1CxR2UrUI第第4章章 电子
15、元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 图中Cx与Rx为被测电容,R1为已知标准电阻,U(t)为测量用正弦信号源,其有效值为Us,运算放大器的输出与输入之间用复数表示的电压传递函数为 输出电压的实数部分与虚数部分可以被分离并计算出来,分别用Ur与UI表示,则有 xxxxCiCRjRRRCjRRZRUU112110)1 (SxIsxrUCfRUURRU112,第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 所以有sIxrSxUUfRCUURR1121,第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 4.2 半导体二极管、三极管半导体二极管、三极管与场效应管的测量
16、与场效应管的测量4.2.1 半导体二极管的测量1. 二极管的特性、种类与参数决定二极管的作用的主要参数有以下几个: (1) 最大整流电流IfM。 (2) 最大反向工作电压URM。(3) 反向电流IR。 (4) 导通电阻。 (5) 极间电容。 第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 2. 二极管的测量1) 用模拟式万用表进行测量通常万用表的红表笔置于面板上“+”号端口,黑表笔置于“-”号端口。万用表在欧姆挡工作,由表内电池提供电源,“-”号端对应电池正端,“+”号端对应电池负端。内部电池这样设计,是为了保证在电阻测量时流入万用表的电流与在电压或电流测量时相同。 用模拟式万用
17、表测量二极管的等效电路如图4.17所示。第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 图4.17 用VC9801A万用表测量二极管等效电路“”红被测二极管A“”黑第第4章章 电子元器件与集成电路测量电子元器件与集成电路测量 2) 用数字万用表来测量可以设计一些适应性电路与通用仪表相结合,来解决二极管测量的大多数问题,如图4.18所示。3) 用通用仪表与适配电路测量 对于二极管的一些重要属性,万用表是测不出来的,而专用测试仪表通常又很贵。因此可以设计一些适应性电路与通用仪表相结合,来解决二极管测量的大多数问题,如图4.18所示。4) 用晶体管图示仪测量 晶体管特性图示仪不仅可以测
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