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
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。
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201608/296191.htm
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。
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。
评论