指針式萬用電表中晶體管直流電流放大倍數(shù)的測量原理和誤差分析
摘要:在指針式萬用電表中,測量晶體管直流電流放大倍數(shù)是通過直流電流表(通常在1.5V標(biāo)稱電壓下,標(biāo)準(zhǔn)量程為5mA)測量的。隨著電池電壓的減小,通過調(diào)節(jié)電阻檔的零歐姆電位器以使電流表達(dá)到滿度,由于電流表偏離標(biāo)準(zhǔn)量程,也就造成了測量誤差。文中分析了當(dāng)電池電壓從1.65V降至1.35V過程中所產(chǎn)生的誤差值。取其中的最大值作為技術(shù)指標(biāo)中的誤差值。而一般廠家在技術(shù)指標(biāo)中,沒有給出該誤差值或精度等級。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201608/296191.htm1 晶體管直流電流放大倍數(shù)的測量原理[1]
基極電流:
因?yàn)殡姵仉妷弘S著使用和時間的推移而逐漸減小,故需要能夠通過調(diào)節(jié)使電流表達(dá)到滿量程,這就要借助電阻擋的零歐姆電位器來實(shí)現(xiàn)。如圖2所示。
在圖2中,轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至調(diào)節(jié)位置ADJ,同時將端子﹡與+ 通過表筆短接,調(diào)節(jié)Rw使表針指示最大值。再將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至測量位置hFE,插上被測晶體管,指針指示數(shù)即為其值。
下面舉例說明電流表的參數(shù)計算(轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至調(diào)節(jié)位置ADJ ,當(dāng)電池為標(biāo)稱電壓Eq時,Rw滑臂在q點(diǎn),指針滿度,即)。
以文獻(xiàn)[2]為例,其中心阻值為16.5Ω。表頭靈敏度Im=0.05mA、內(nèi)阻Rm=1.8kΩ、分流電阻Rs=12.375kΩ、電池標(biāo)稱電壓Eq=1.5V、最高電壓Eh=1.65V、最低電壓El=1.35V、電池內(nèi)阻平均值r1=0.0006kΩ。
注:因?yàn)橛嬎阏`差出現(xiàn)兩大數(shù)相減情況,為了計算準(zhǔn)確,故在以后計算過程中,取8位有效數(shù)字。
Rw滑臂撥至a點(diǎn),流入a點(diǎn)的電流:
Rw滑臂撥至b點(diǎn),流入b點(diǎn)的電流:
經(jīng)MATLAB語言編程,運(yùn)行得到的Rw、Rp、Rd、Rb1及Rb2數(shù)值與上述計算結(jié)果一致。
2 晶體管直流電流放大倍數(shù)測量的誤差分析
隨著電池電壓的逐漸減小,電流表的量程和測得的電流(與直流電流放大倍數(shù)成正比)也隨之減小,從而使直流電流放大倍數(shù)發(fā)生誤差。在此我們來求取零歐姆電位器的滑臂從b移至a點(diǎn)的不同位置所對應(yīng)的電池電壓和相對誤差。
分流電阻值從Rsb至Rsa的變化的某個值,如Rsx=11.15kΩ。計算公式及結(jié)果如下:
Rsx與表路并聯(lián)電阻:
(16)
流入x點(diǎn)的電流:
(17)
電流表內(nèi)阻:
(18)
Rnx與限流電阻Rd和r1的串聯(lián)值:
直流電流放大倍數(shù)的相對誤差:
(25)
當(dāng)Rsx=10.8kΩ~11.45kΩ變化時,取步距0.05kΩ,使用MATLAB語言編程,運(yùn)行結(jié)果如表1所示。
在表1中,方框中的加深數(shù)字:當(dāng)電池電壓EX=1.4939V向上接近標(biāo)稱電壓Eq=1.5V時,、都接近零值。有下劃線的數(shù)字:當(dāng)電池電壓EX在1.6653V向下接近最高電壓Eh=1.65V時,、;當(dāng)電池電壓EX=1.3470V向上接近最低電壓El=1.35V時, ??芍?,最大相對誤差的絕對值為8.6974%,稱作第二誤差,表為,也就是說當(dāng)Ex在1.35V~1.65V之間變化時,相對誤差的絕對值不會超過8.6974%。
還有一種誤差是表頭的基本誤差,稱作第一誤差,記為。
直流電流檔的相對誤差為:
其中,是電流指示值I與滿量程電流值(表頭靈敏度)Im之比,稱作指示相對值。是電流的絕對誤差與滿量程電流值Im之比,稱作基本誤差,對成品表頭已為定數(shù)??芍鄬φ`差是隨著指示值的不同變化著的。指示值越大相對誤差越小。
因?yàn)?em>hFE檔與電流檔都是均勻刻度,故該檔的基本誤差就是電流檔的基本誤差。同樣該檔的相對誤差也是電流檔的相對誤差,即
3 晶體管直流電流放大倍數(shù)的測量方法
將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至ADJ(調(diào)節(jié))位置,將表筆短接,調(diào)節(jié)零歐姆電位器使表針滿度,即最大直流電流放大倍數(shù),如上例中的=250。松開表筆,將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至hFE,再將被測晶體管插入插座內(nèi),表針指示的即為所測的或hFE值。
4 結(jié)束語
晶體管直流電流放大倍數(shù)的測量屬萬用電表的輔助功能。和阻抗測量[3]不同,而與電阻測量[2]類似,晶體管直流電流放大倍數(shù)的測量存在兩種誤差,第一誤差和第二誤差。從萬用電表的設(shè)計制作角度來講,改進(jìn)表頭的制作工藝和電路設(shè)計水平,減小直流電流檔基本誤差,從而也就減小了第一誤差。從使用的角度來講,及時測量電池電壓,使之在1.35V~1.65V范圍之內(nèi),及時更換電池,也能夠減小相對誤差。
參考文獻(xiàn):
[1]趙寶義. 萬用電表[M]. 上海:上海人民出版社,1974:65-78.
[2]呂炳仁. 指針式萬用電表電阻測量電路的計算和第二誤差分析[J]. 北京:電子產(chǎn)品世界,2015(5).
[3]呂炳仁. 指針式萬用電表電感、電容測量原理和誤差分析[J]. 北京:電子產(chǎn)品世界,2014年精選實(shí)用電子設(shè)計100例,2014.12.
本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第8期第57頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處。
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