实验二 常用电子元器件的测量 一实验目的 1 掌握用万用表测量电阻.docx
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实验二常用电子元器件的测量一实验目的1掌握用万用表测量电阻
实验二常用电子元器件的测量
一．实验目的
1．掌握用万用表测量电阻、电容、二极管、三极管及检测元件性能的好坏
2．进一步熟悉低频信号发生器、交流毫伏表、直流稳压电源、双踪示波器的使用，并通过测试一个实验电路理解电阻、电容、电感、二极管等元器件在电路中的作用。
二．实验原理
㈠固定电阻
1．固定电阻器的主要参数
固定电阻器的主要参数是标称阻值、允许误差和额定功率。
（1）标称阻值和允许误差
电阻器上标志的阻值叫标称值，而实际值与标称值的偏差，除以标称值所得的百分数叫电阻的误差，它反映了电阻器的精度。
不同的精度有一个相应的误差，表2-1列出了常用电阻器的允许误差等级（精度等级）。
表2-1常用电阻器允许误差的等级
允许误差
±0.5％±1％±2％
±5％±10％±20％
级别
0050102
ⅠⅡⅢ
类型
精密型
普通型
目前固定电阻器大都为I级或II级普通电阻，而III级很少，都能满足一般应用的要求，02、01、005级的精密电阻器，一般用于测量仪器，仪表及特殊设备电路中。
国家有关部门规定了阻值系列作为产品的标准，表2-2是普通电阻器系列表。
表中的标称值可以乘以10n，例如，4．7这个标称值，就有0．47Ω、4．7Ω、47Ω、470Ω、4．7KΩ……。
选择阻值时必须在相应等级的系列表中进行。
表2–2电阻器系列及允许误差
E24
1.01.11.21.31.51.61.82.02.22.42.73.03.33.63.94.34.75.15.66.26.87.58.29.1
E12
1.01.21.51.82.22.73.33.94.75.66.88.2
E6
1.01.52.23.34.76.8
各系列允许误差E24－5%E12-10%E6-20%
（2）电阻器的额定功率
电阻器长时间工作允许所加的最大功率叫额定功率。
电阻器的额定功率，通常有1/8、1／4、1／2、1、2、3、5、10瓦等。
表示电阻器额定功率的通用符号见图2-1。
大于1W的则用阿拉伯数字表示。
图2-1电阻器通用符号
2．固定电阻器主要参数的标志方法
（1）电阻器的额定功率、阻值及允许误差一般都标在电阻器上。
额定功率较大的电阻器，一般都将额定功率直接印在电阻器上。
额定功率较小的电阻器，可以从它的几何尺寸和表面面积上看出来，一般1/8w、1/4w电阻器的直径约2．5毫米，长约7-8毫米；1/2W电阻器的直径约4．5毫米，长约10-12毫米。
（2）电阻值及允许误差有三种表示法，即直标法、文字符号法和色标法。
直标法是阻值和允许误差直接标明，如2KΩ±5％；文字符号法是阻值用数字与符号组合在一起表示，组合规律如下：
文字符号Ω、K、M前面的数字表示整数阻值，文字符号Ω、K、M后面的数字表示小数点后面的小数阻值。
允许误差用符号J＝±5％、K＝±10％、M＝±20％。
例如5Ω1J表示5．1Ω±5％。
这种表示法可避免因小数点脱掉而误识标记。
目前小型化的电阻器都采用色标法，用标在电阻体上不同颜色的色环作为标称值和允许误差的标记。
色标法具有颜色醒目、标志清晰、无方向性的优点，它给生产过程中的安装、调试与检修带来方便。
误差为±5％、±10％的普通色环电阻用四色环表示，左端部为第一色环（比较靠近引脚），顺次向右为第二、第三、第四色环。
各色环所代表的意义为：
第一、第二色环相应代表阻值的第一、第二位有效数字，第三色环表示后面加“0’’的个数，第四环代表允许误差，各色环颜色一数值对照表2-3。
精密电阻用五色环（或六色环）表示阻值和允许误差，见表2-4。
表2-3四色环电阻读数表2-4五色环电阻读数
色环
第一环
第二环
第三环
第四环
颜色
表示有效数字
倍率
允许误差
银
――
――
10－2
±10％
金
――
――
10－1
±5％
黑
0
0
10－0
――
棕
1
1
101
――
红
2
2
102
――
橙
3
3
103
――
黄
4
4
104
――
绿
5
5
105
――
蓝
6
6
106
――
紫
7
7
107
――
灰
8
8
108
――
白
9
9
109
――
色环
第一环
第二环
第三环
第四环
第五环
颜色
表示有效数字
倍率
允许误差
银
――
――
――
10－2
――
金
――
――
――
10－1
――
黑
0
0
0
10－0
――
棕
1
1
1
101
±1％
红
2
2
2
102
±2％
橙
3
3
3
103
――
黄
4
4
4
104
――
绿
5
5
5
105
±0.5％
蓝
6
6
6
106
±0.2％
紫
7
7
7
107
±0.1％
灰
8
8
8
108
――
白
9
9
9
109
――
一般四色环电阻的允许误差为±5％、±10％；五色环电阻的允许误差多数为±1％、±2％；六色环电阻的误差为＋0．5％。
固定电阻的测量，可以根据电阻标称值选用万用表适当的电阻档量程来直接测量。
㈡电位器
电位器是一种常用的电子元件。
在收音机中用来控制音量和音质。
在可调稳压电源中用来调节输出电压等，电位器是一种连续可调的电阻器，其滑动臂（动接点）在电阻体上滑动，可获得与电位器外加输入电压按滑动臂转角成一定比例关系的输出电压。
尽管电位器种类规格极多，但在电路中的符号都是一样的，都用图2-2（a）所示的符号来表示，
其文字符号用“RP”，符号旁标出的阻值为电位器的最大阻值，有些电位器带有开关，它用图2-2（b）（c）所示符号表示。
其中右半部分表示开关，中间虚线表示开关与电位器是由同一个轴控制的。
（a）普通电位器符号（b）带单刀单掷开关电位器（c）带双刀单掷开关电位器
图2–2电位器电路符号
电位器的测量分两步。
首先根据其标称值，用万用表选取适当的电阻档量程来直接测量其两定点之间的电阻值。
然后用万用表一个表笔接触电位器两个定点的其中一个，再用万用表另一个表笔接触电位器的动接点，观察此时万用表显示的电阻值是否小于电位器标称值，再将动接点从一个定点移动到另一个定点，观察万用表显示的电阻值有否相应变化，正常情况下应从0增加到标称值或从标称值减少到0。
㈢电容
1．概述
电容器也是电子设备中常用基本元件。
电容器是储存电荷的容器，简称电容，文字符号用C表示。
能储存电荷数量的本领叫电容量，电容量的单位是法拉（简称法），常用符号F表示，由于法拉这一单位太大，实际上使用的单位是微法（μf，简写μ）和微微法（pF简写p）。
其换算关系如下：
1F（法拉）=106μF（微法）=1000000μF（微法）
1μF（微法）=106pF（微微法）=1000000pF（微微法）
电容的特征正好跟电感相反，它对交流电的阻力，称为容抗，用Xc表示。
容抗Xc与电容量的大小成反比，也与交流电的频率f的高低成反比，即电容量越大或是交流电的频率越高，则电容的容抗越小，电子电路中常利用电容的这种特性，用它设计各种类型的滤波器，用来分离高频电流和低频电流或对交流电起旁路滤波作用。
容抗Xc的计算公式是：
Xc=1/2πfC
式中：
Xc-容抗（欧）；C-电容量（法拉）；f-交流电频率（赫）。
从上式可知，电容对直流电的容抗呈无穷大，故直流电不能通过电容器，电子电路中电容常用于隔离直流而耦合交流的隔直耦合作用，也常用来旁路交流；常与电感，晶振或电阻等元件构成各式各样的振荡电路。
总之电容器在电子电路中的应用极为广泛，由于电容器的品种规格特别多，而且其性能特点差异甚大，在电子电路设计与制作过程中要真正做到合理选择电容器，就必须掌握电容器的分类及其性能特点及主要参数和用途等基本知识。
电容的测量，可将电容两引脚直接插入万用表电容测试插座中，然后根据其标称值选取适当的电容档量程来测量。
当被测量电容标称值大于最大测量时（本实验用万用表为20μF），可用万用表电阻档定性测量该电容的好坏。
方法如下，先将待测电容两极短路（使电容放电），然后选择合适的电阻档量程（如50μF用200K档），测电容两极之间电阻，若万用表上显示的电阻读数开始时很小（相当于短路），然后电容充电，读数逐渐增大，最后读数变为“1”（相当于开路），则说明该电容是好的，否则电容已坏（开路或短路）。
2．电容量标称法
（1）色环电容标称方法与色环电阻阻值标称方法一样，它是用（pF）作单位。
（2）直接标称：
1.01．52．0……1000（单位：
pF）
0．010．0220．0330．0470．0680．0820．10．220．330．470.68O.82（单位：
pF）
（3）常用标称：
101（＝100pF）；221（＝220pF）；102（＝1000pF）；222（＝2200pF）；332（＝3300pF）；
103（＝0.01uF）；223（＝0.022uF）；473（＝0.047uF）；104（＝0.1uF）；224（＝0.22uF）。
说明：
电容标称中的字母D，J，K,M表示误差；其中：
D＝±0．5％；J＝±5％；K＝±10％；M±20％。
例如：
474K＝0．47pF±10％。
3．数码表示法：
国外生产的CK型瓷介电容器和电阻器采用数码表示法，即用一个三位数字表示容量值后面再加一个大写英文字母表示容量误差。
其中，前面两位数字表示容量的有效数字了第三位数代表倍乘率。
例如，220F、223J、104K等，它们所表示的电容量和误差分别是：
220F——表示22×lpF＝22pF；误差：
±l％
223J——表示22×1000pF＝22000pF=0．022uF；误差＝±5％
104K——表示10×l0000pF＝100000uF；误差：
±10％
说明：
（1）若第三位数是9，则表示×0.1，而不表示乘1000000000。
例如：
339代表33×0.1pF=3.3pF
（2）误差符号意义：
见图2-3所示。
符号
D
F
G
J
K
M
N
P
S
Z
误差
（％）
±0.5
±1
±2
±5
±10
±20
±30
＋100
－0
＋50
-20
＋80
-20
（a）22×10－1pF＝2.2pF（b）10×103pF＝0.01μF（c）47×104pF＝0.47μF
（误差＝±1％）（误差＝±5％）（误差＝±10％）
图2–3电容器数码表示法应用范例
4．常用电容器的基本性能特点
（1）电解电容器：
电容量较大，一般在：
1uF,2.2uF,3.3uF,……22000uF之间，有正负极性之分，一般用电容脚的长短来表示正负极，长的为正极，大多数都标明负极（或正极）端，其电容量温度系数较大，电容量误差较大，一般用于滤波、退耦、旁路和耦合等电路中。
（2）云母电容器：
电容量一般在几十pF～10000pF之间，耐压一般在100-1000v之间，具有温度系数小，电容量稳定，高频损耗小等特点，常用在高频振荡电路中作谐振电容和定时电路中作定时电容。
（3）涤纶电容器：
电容量一般在几百pF-1uF之间，耐压一般在50V-2KV，具有电容量稳定，温度系数较小等特点，一般用于定时、低频傍路、隔直和振荡等电路中。
（4）高频瓷介电容器：
电容量一般在1pF～几千pF之间，具有电容量稳定，高频损耗小等特点，常用于高频电路中。
（5）低频瓷介电容器：
电客且一般在几百pF～0．47uF之间，温度系数较大，一般用于旁路、隔直和滤波等电路中。
（6）独石电容器：
电容量一般在0．01uF～0．47uF之间，具有电容量大，但体积较小，其温度系数较大。
㈣电感
电感器是电子电路中常用的器件，把导线绕成线圈形状就是一个电感器，把导线绕成的脱胎线圈叫空芯电感器，如电视机高频头中的电感线圈。
把导线绕在铁芯上，叫铁芯电感器，如日光灯的镇流器，把线圈绕在高频磁芯上的高频电感器，如收音机中的磁棒线圈、色码电感等。
电感器的电感量L与线圈匝数N及导线环绕面积成正比，还与线圈中导磁材料的导磁率有极大关系。
高频电感器的工作频率范围取决于磁芯材料的截止频率，故在不同场合使用时必须注意加以选择，电感符号用L表示，电感量的单位常用亨（H）、毫亨（mH）和微亨（uH），其换算关系如下：
1H＝1000mH＝10000000μH
电感在电路中对交流电有一定的阻力，为了与电阻区分开来，这个阻力叫感抗，用XL表示。
电感器的感抗与电感量L的大小及交流电频率f的高低成正比，即电感量L越大或交流频率f越高，其感抗XL越大。
XL与L、f有如下关系式：
XL＝2πfL
上式中：
XL-感抗（欧）；L-电感量（亨）；F-频率（赫）。
电路中常利用电感的感抗特性进行高频滤波，用以分离高低频电流，常用于与电容器组成串联或并联谐振回路，起调谐选频作用等。
㈤二极管
二极管的分类和命名
二极管按其制造材料的不同，可分为硅管和锗管两大类，：
硅管的反向漏电流比锗管小1000倍以上（硅管为几nA～μA，锗管约为几μA～几百μA）；而锗管的正向管压降比硅管小（锗管0.1～0.3V，硅管0.5～0.7V）。
晶体二极管按结构不同可分为点接触型和面接触型二极管两类：
点接触型PN结的接触点小，不能通过大电流，但因结电容小，适用于高频检波，脉冲开关等电路，（如2APX、2AKX、2CKX系列、1N4148等类型的开关二极管）；面接触型PN结的接触面大，故可以通过很大的电流，适用于整流，但它的结电容大，不适用于高频场合（如2CZX、1N400X、1N5400系列等，可用于50kHz以下的大电流整流）。
按用途不同，又可分为整流二极管、检波二极管、开关二极管、稳压二极管、发光二极管、光敏二极管、变容二极管等。
国产晶体二极管的型号一般由四部分组成：
第一部分用数字”2”表示二极管，第二部分用字母表示极性和材料（A－N型锗材料，B－P型锗材料，C－N型硅材料，D－P型硅材料），第三部分用字母表示用途（如Z－整流管，K－开关管，W－稳压管），第四部分用数字组成序号（如第一、二、三部分相同，仅第四部分不同，则是在某些性能参数上有差别。
例如2CW1～21，其后面数字则表示稳压值的范围）。
详细的命名方法请参阅附录七。
二极管的主要作用
二极管具有单向导电特性，只允许电流从负极流向正极。
利用这一特性，二极管有许多作用，最常用的有：
1．整流二极管
（1）2CPX系列，2CZX系列，国产型号。
（2）1N400X系列－1A/50----1000V。
（3）1N540X系列－3A/50～800V。
（4）640X系列－6A/50～1000V。
见表2—5：
表2—5整流二极管（DIODES）
型号
电流
电压
型号
电流
电压
型号
电流
电压
1N4001
1A
50V
1N5400
3A
50V
6A01
6A
50V
1N4002
1A
100V
1N5401
3A
100V
6A02
6A
100V
1N4003
1A
200V
1N5402
3A
200V
6A03
6A
200V
1N4004
1A
400V
1N5403
3A
300V
6A04
6A
400V
1N4005
1A
600V
1N5404
3A
400V
6A05
6A
600V
1N4006
1A
800V
1N5405
3A
500V
6A06
6A
800V
1N4007
1A
1000V
1N5406
3A
600V
6A07
6A
1000V
1N5407
3A
700V
封装外形塑封
1N5408
800V
封装外形塑料
封装外形
2．开关二极管：
1N4148，2AKX系列，2CKX系列：
几十毫安/几十伏。
3．检波二极管：
2APX系列，国产型号，几毫安～十几毫安。
下面表2—6中列出几种开关和检波二极管的参数：
表2-6几种开关和检波二极管的参数
型号
电源
电压
性能特点
型号
电源
电压
性能特点
1N4148
150mA
75V
开关二极管
VOO6C
1.3A
200V
快速二极管
1N60P/S
50mA
25V
锗检波管
1SS16
30mA
5V
OA90H
50mA
25V
1SS86
30mA
3V
4．稳压二极管
硅稳压二极管主要用于稳定电压，它与一般二极管不同，它的工作范围是取在击穿区域，即工作在反向击穿状态。
二极管的检测
二极管的检测，可直接选用万用表上“
”档测量，此时红表笔接万用表内正电压，黑表笔接万用表内负电压，当二极管正偏时（红表笔接二极管正极，黑表笔接二极管负极），万用表应显示该二极管的正向导通压降，（锗管为200mV～400mV，硅管为600mV～800mV），若显示“000”，则表示击穿短路，若显示“1”则说明不导通。
而当二极管反偏时（红表笔接二极管负极，黑表笔接二极管正极），应显示“1”，否则表明二极管已反向击穿。
㈥三极管
三极管是用半导体材料（硅、锗）制成的，故称为半导体三极管。
它与二极管的相同点是它们都是以PN结为基础而构成，不同点是三极管还具有放大作用。
三极管的型号命名法及简易测试
在电子电路中三极管是关键性的器件，它的性能好坏对电路性能的影响最大，因此了解普通三极管的符号、型号、命名方法及掌握简易测试方法是十分重要的，详细的型号命名方法请参阅附录七。
1．三极管的分类
分类——按其内部极性分有NPN型和PNP型两种：
按制造材料不同可分为硅管和锗管；如按封装材料不同又可以分为金属管、塑料管；如按其集电极最大允许耗散功率PCM的大小还可以分为大、中、小功率管三种：
按特征频率或截止频率的高低又可分为高频管和低频管两种。
2．三极管的大、中、小功率的划分：
关于晶体三极管的大、中、小功率划分，不同国家的标准不同的，也不是所用国家都对晶体管进行大、中、小功率的划分的（例如美国。
日本等国是不划分），欧盟各国及部分东欧国家（例如波兰、罗马尼亚等）是按照晶体三极管的集电结热阻的大小来划分大、中、小功率范围，其中RTj≤15℃/W为大功率管，RTj>15℃/W为小功率管原苏联是按三极管的最大集电极耗散功率来划分三极管，PCM>0.3W为小功率管，中国也是按照PCM的大小来划分大、中、小功率三极管，其中PCM<1.5W为小功率管。
三极管的检测，首先是PNP、NPN型的判定，可以直接从三极管标称型号上获知（详见附录七），也可以用万用表“
”档来检测。
用万用表检测的方法如下：
将两表笔反复两两检测三极管三个管脚中的任两个管脚，若是PNP型，则必有一个管脚，当用万用表黑表笔接触该管脚、用红表笔分别接触另外两管脚时，万用表都显示正向导通压降，而换转红、黑表笔后则都显示“1”；若是NPN型，则正好相反。
假若不属于上述这两种情况，则说明三极管已损坏。
其次是三极管b、c、e三管脚的识别。
在上一步骤中，对于PNP型三极管，万用表黑表笔所接触的管脚就是三极管的b极，而对于NPN管，b极则为红表笔所接触的管脚。
b极确定之后，可比较两次PN结正向导通压降的大小，读数较大的是be结，读数较小的是bc结，由此则e极和c极均可确定。
最后，检测三极管的
值，将三极管的各管脚插入万用表三极管
测试插座里，用万用表“
”档直接读出
的值。
三．实验预习
1．详细阅读附录一至附录四、附录六和附录七，了解和熟悉低频信号发生器、数字万用表、双踪示波器、交流毫伏表、直流稳压电源的使用方法和注意事项，以及半导体器件型号的命名方法。
2．根据实验内容和实验原理写出实验每一步骤各个实验仪器的具体操作步骤，并根据实验内容6计算A-E各点的交/直电压值。
3．设计好实验测试数据记录表格，以便实验时记录测试数据。
4．根据2、3两项写出实验的预习报告。
四．实验内容
1．电阻的测量
用万用表测量5个色环电阻，并将数据记录如表2-7：
表2-7
次数
电阻色环
电阻标称值
实测值
误差
误差分析
1
2
3
4
5
2．电位器的测量
用万用表测量3个电位器的固定电阻值，并检测当转动其动点时，能否改变动点与定点之间的电阻值，并将数据记录如表2-8：
表2-8
次数
标称值
实测值
动点与定点电阻可调否
综合判定电位器良好否
1
2
3
3．电容的测量
用万用表测量2个陶瓷小电容和2个电解电容的容值，并定性检测一个标称值为47uF的电能电容的好坏，将数据记录如表2-9：
表2-9
次数
标称值
实测值
电容良好否
1
2
3
4
5
4．二极管的测量
用万用表测量5个二极管，判明二极管所用半导体材料（锗/硅）及其质量好坏，数据记录如表2-10：
表2-10
次数
型号
材料（锗/硅）
正向导通压降（mV）
反向显示
质量好坏
1
2
3
4
5
5．三极管的测量
用万用表测量5个三极管，判明三极管质量的好坏、材料（锗/硅）、NPN还是PNP，识别其b、c、e三个极，并测量其
值，将数据记录如表2-11：
表2-11
次数
型号
材料（锗/硅）
类型（NPN/PNP）
管脚排列（封装图）
β值
质量（好/坏）
1
2
3
4
5
6．测量一个实验电路各点电压和波形
⑴选取并检测如图2-4中各个元器件，然后连接成为一个实验电路（可用面包板和导线）。
图2-4
⑵将低频信号发生器输出接到实验电路输入端，调节低频信号发生器分别产生100Hz、1V，1kHz、1V，1kHz、100mV，10kHz、100mV和10kHz、1V的正弦波，直流稳压电源输出1V直流电压接入实验电路电源端。
用万用表测量各点（A～E）直流电压，用交流毫伏表测量各点交流电压。
将A点测量数据记录如表2-12。
其余B～E点的表格与表2-12一样：
表2-12A点电压及波形
输入信号
万用表测直流电压
交流毫伏表测交流电压
示波器电压波形
（峰－峰值、频率）
误差分析
理论值
实际值
误差
理论值
实际值
误差
100kHz、1V
1kHz、1V
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