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指针式万用电表中晶体管直流电流放大倍数的测量原理和误差分析

时间:08-29 来源:电子产品世界 点击:

摘要:在指针式万用电表中,测量晶体管直流电流放大倍数是通过直流电流表(通常在1.5V标称电压下,标准量程为5mA)测量的。随着电池电压的减小,通过调节电阻档的零欧姆电位器以使电流表达到满度,由于电流表偏离标准量程,也就造成了测量误差。文中分析了当电池电压从1.65V降至1.35V过程中所产生的误差值。取其中的最大值作为技术指标中的误差值。而一般厂家在技术指标中,没有给出该误差值或精度等级。

1 晶体管直流电流放大倍数的测量原理[1]

  基极电流:

  因为电池电压随着使用和时间的推移而逐渐减小,故需要能够通过调节使电流表达到满量程,这就要借助电阻挡的零欧姆电位器来实现。如图2所示。

  在图2中,转换开关拨至调节位置ADJ,同时将端子﹡与+ 通过表笔短接,调节Rw使表针指示最大值。再将转换开关拨至测量位置hFE,插上被测晶体管,指针指示数即为其值。

  下面举例说明电流表的参数计算(转换开关拨至调节位置ADJ ,当电池为标称电压Eq时,Rw滑臂在q点,指针满度,即)。

  以文献[2]为例,其中心阻值为16.5Ω。表头灵敏度Im=0.05mA、内阻Rm=1.8kΩ、分流电阻Rs=12.375kΩ、电池标称电压Eq=1.5V、最高电压Eh=1.65V、最低电压El=1.35V、电池内阻平均值r1=0.0006kΩ。

  注:因为计算误差出现两大数相减情况,为了计算准确,故在以后计算过程中,取8位有效数字。

Rw滑臂拨至a点,流入a点的电流:

Rw滑臂拨至b点,流入b点的电流:

  经MATLAB语言编程,运行得到的Rw、Rp、Rd、Rb1及Rb2数值与上述计算结果一致。

2 晶体管直流电流放大倍数测量的误差分析

  随着电池电压的逐渐减小,电流表的量程和测得的电流(与直流电流放大倍数成正比)也随之减小,从而使直流电流放大倍数发生误差。在此我们来求取零欧姆电位器的滑臂从b移至a点的不同位置所对应的电池电压和相对误差。

  分流电阻值从Rsb至Rsa的变化的某个值,如Rsx=11.15kΩ。计算公式及结果如下:

Rsx与表路并联电阻:

(16)

  流入x点的电流:

(17)

  电流表内阻:

(18)

Rnx与限流电阻Rd和r1的串联值:

  直流电流放大倍数的相对误差:

(25)

  当Rsx=10.8kΩ~11.45kΩ变化时,取步距0.05kΩ,使用MATLAB语言编程,运行结果如表1所示。

  在表1中,方框中的加深数字:当电池电压EX=1.4939V向上接近标称电压Eq=1.5V时,都接近零值。有下划线的数字:当电池电压EX在1.6653V向下接近最高电压Eh=1.65V时,;当电池电压EX=1.3470V向上接近最低电压El=1.35V时, 。可知,最大相对误差的绝对值为8.6974%,称作第二误差,表为,也就是说当Ex在1.35V~1.65V之间变化时,相对误差的绝对值不会超过8.6974%。

  还有一种误差是表头的基本误差,称作第一误差,记为

  直流电流档的相对误差为:

  其中,是电流指示值I与满量程电流值(表头灵敏度)Im之比,称作指示相对值。是电流的绝对误差与满量程电流值Im之比,称作基本误差,对成品表头已为定数。可知相对误差是随着指示值的不同变化着的。指示值越大相对误差越小。

  因为hFE档与电流档都是均匀刻度,故该档的基本误差就是电流档的基本误差。同样该档的相对误差也是电流档的相对误差,即

3 晶体管直流电流放大倍数的测量方法

  将转换开关拨至ADJ(调节)位置,将表笔短接,调节零欧姆电位器使表针满度,即最大直流电流放大倍数,如上例中的=250。松开表笔,将转换开关拨至hFE,再将被测晶体管插入插座内,表针指示的即为所测的或hFE值。

4 结束语

  晶体管直流电流放大倍数的测量属万用电表的辅助功能。和阻抗测量[3]不同,而与电阻测量[2]类似,晶体管直流电流放大倍数的测量存在两种误差,第一误差和第二误差。从万用电表的设计制作角度来讲,改进表头的制作工艺和电路设计水平,减小直流电流档基本误差,从而也就减小了第一误差。从使用的角度来讲,及时测量电池电压,使之在1.35V~1.65V范围之内,及时更换电池,也能够减小相对误差。

参考文献:

  [1]赵宝义. 万用电表[M]. 上海:上海人民出版社,1974:65-78.

  [2]吕炳仁. 指针式万用电表电阻测量电路的计算和第二误差分析[J]. 北京:电子产品世界,2015(5).

  [3]吕炳仁. 指针式万用电表电感、电容测量原理和误差分析[J]. 北京:电子产品世界,2014年精选实用电子设计100例,2014.12.

本文来源于中国科技核心期刊《电子产品世界》2016年第8期第57页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。

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