低频交流信号测量系统
实验22MOSFET的低频CV特性测量分析
实验22 MOSFET的低频CV特性测量MOSFET的低频CV特性测量就是通过对MOSFET的电容-电压(C-V)特性测试，进而得出氧化层厚度、衬底掺杂浓度、氧化层电荷密度、耗尽层电荷密度以及阈值电压等参数。
CV测试被广泛地应用在半导体参数的测量中，是一种能够得到许多工艺参数的重要测试手段，能够有效地评估工艺、材料及器件的性能。
该方法是通过在栅极直流偏置条件下叠加小幅交流低频信号后，MOSFET栅电容随栅电压变化而发生变化，由此得出电容电压关系曲线，进而计算出各种工艺参数。
具有原理简单、操作方便和测量精度高等优点。
本实验目的是熟悉电容-电压法测量MOSFET工艺和衬底参数的基本原理；学会精密LCR表、直流稳压电源的使用方法；完善所学半导体物理、半导体工艺等理论知识体系。
一、实验原理1. MOSFET电容模型MOSFET中的电容与施加电压有关。
栅极与衬底之间的电容取决于栅极上所施加的直流电压，可以通过在直流电压上叠加幅度小得多的交流电压进行测量。
图22.1给出了栅电压从负值变到正值时，NMOS晶体管的能带结构、电荷分布和等效电容模型。
图22.1 栅电压变化时NMOS结构的能带图、电荷分布和等效电容当衬底保持接地并在栅极施加负电压时，NMOSFET结构的电容效应将使衬底靠近氧化层一侧的表面开始存储正电荷。
该表面将有比受主浓度N A更高的空穴积累，这种情形称为表面积累。
在此条件下氧化层两面的可动电荷能迅速响应施加电压的变化，112113NMOS 器件就如同是一个厚度为t OX 的平板电容器，采用C OX 表示其值。
当衬底保持接地并在栅极施加正电压时，随着栅极与衬底之间正电压的增加，更多受主暴露于衬底靠近氧化层一侧的表面，该表面附近的载流子被逐步耗尽，形成了电离受主离子在表面的积累，这就是所谓的表面耗尽。
静电分析表明NMOS 器件的总电容是C OX 和衬底中耗尽区电容C d 的串联。
随着栅电压的进一步增加，NMOS 结构中能带将在氧化层与衬底界面处发生显著弯曲。
直流系统绝缘检测原理介绍
直流系统绝缘检测原理介绍时间：2013-2-25 11:56:56来源：深圳市信瑞达电力设备有限公司打印本文直流系统绝缘检测原理介绍直肯定会有很多人想知道直流系统绝缘检测原理介绍的一些内容？下面小编就满足下大家的好奇心：发电厂和变电站的直流电源作为主要电气设备的保安电源及控制信号电源，是一个十分庞大的多分支供电网络。
在一般情况下，一点接地并不影响直流系统的运行，但如果不能迅速找到接地故障点并予以修复，又发生另一点接地故障，就可能引起重大故障的发生。
现有检测直流系统绝缘的方法主要有电桥平衡原理和低频探测原理。
根据电桥平衡原理实现的绝缘监测装置被广泛使用，但它不能检测直流系统正、负极绝缘同等下降时的情况；绝缘监测装置即使报警，也不能直接得到系统对地的绝缘电阻大小。
用低频探测原理检测接地故障是近几年采用的一种新方法，但它所能检测的接地电阻受直流系统对地分布电容的制约，而且低频交流信号容易受外界的干扰，另外注入的低频交流信号增大直流系统的电压纹波系数。
可见，电桥平衡原理和低频探测原理均存在若干难以克服的缺陷。
本文提出一种新的检测方法，即主回路用不平衡电桥检测总的绝缘电阻，而支路用直流互感器来检测到底是哪一路出现了绝缘降低。
同时用单片机来实现这种检测方法。
主回路的绝缘电阻的测量传统的平衡电桥检测原理如下图-1，通过检测电压Uj和Um，再加上给定的电阻R来算出R+、R-，但当正负绝缘都出现降低的情况下，检测的结果将与实际情况不符合。
图-1为了能检测正负都绝缘降低的情况，下文设计一种不平衡电桥测量法。
并用MCS 80C196KC单片机来实现，如图-2所示。
首先我们先说明一下电子继电器AQW214的用法,当AQW214的1、2脚导通时，7、8脚也导通；而且导通的内阻很小。
同理，3，4脚导通时，5、6脚也导通。
而且，AQW214的耐压值可以达到400V，即当7、8，或5、6不导通时，它们两端可以承受400V的电压。
交流信号的几种常用参数测量(仪器说明)
主菜单-光标测量-手动方式
④．移位旋钮移动光标定位在待测波形待测位置 ⑤．获得测量数值：（时间以屏幕水平中心位置为 基准，电压以通道接地点为基准） 显示光标 1或2 位置的电压或时间值 显示光标 1、2 的水平间距（△X）：即两光标间 的时间值。显示光标 1、2 水平间距的倒数 （1/△X）。 显示光标 1、2 的垂直间距（△Y）：即两光标间 的电压值。 注：当光标功能菜单隐藏或显示其它功能菜单时， 测量数值自动显示于屏幕右上角。 45
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水平控制区（HORIZONTAL）
转动水平 SCALE 旋钮改变 “S/div（秒/格）”水平档位， 状态栏对应通道的档位显示发 生了相应的变化。以 1－2－5 的形式步进。 Delayed（延迟扫描）快捷键： 按下水平 SCALE 旋钮可以切 换到延迟扫描状态，在延迟扫 描状态可达到 10ps/div * 。
主菜单-光标测量-追踪方式
光标追踪测量方式是在被测波形上显示十 字光标，通过移动光标的水平位置，光标 自动在波形上定位，并显示当前定位点的 水平、垂直坐标和两光标间水平、垂直的 增量。 其中，水平坐标以时间值显示，垂直坐标 以电压值显示。
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主菜单-光标测量-追踪方式
操作步骤如下： ①．选择光标追踪测量模式，按键操作顺序为： CURSOR → 光标模式 →追踪 。 ②．选择光标 A、B 的信源：根据被测信号的输入 通道不同，选择 CH1 或 CH2 。若不希望显示此 光标，则选择 无光标 。 ③．移动光标在波形上的水平位置 • 注意：只有光标追踪菜单显示时，才能水平移动 光标。在其它菜单状态下，十字光标在当前窗口 的水平位置不会改变，垂直光标可能因为波形的 瞬时变化而上下摆动。
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主菜单-光标测量
数字相位计介绍
数字相位计介绍数字相位计是利⽤数字信号处理技术显⽰频信号之间相位差，数字相位计具有具有读数⽅便、精度⾼、测量速度快，能有效地运⽤于信号参数的进⾏⾼精度测量,可实现复杂测量算法提供保证。
相位计是测量相位差的仪器,数字式相位测量仪就是专门测量低频信号的相位差，⼀般频率是100Hz以内的正弦频率信号，⾼精度相位计⼀般是指测量精度特别⾼，⼀般测量精度在0.2度以内，⽽相位差则是研究两个相同频率交流信号之间关系的重要指标,相位差的测量在⾃动控制以及通讯电⼦等领域有着⾮常⼴泛的应⽤。
随着科技的发展，各领域迫切的需要⾼精度⾼性能的相位测量系统，尤其在⼀些特殊⾏业或领域，必须依靠数字相位计进⾏测量，由此可见对⼈们对数字相位计的研究和相位测量系统的设计刻不容缓。
相位测量主要采⽤三种技术⽅法归纳如下：基于电路测相技术，基于数字信号处理测相技术和基于虚拟仪表侧向技术。
数字式相位测量仪⽅法是将输⼊的两路信号经过某种处理将其变成⽅波，再通过⽐较这2路⽅波计算出相位差脉宽，最后通过⽤⾼频脉冲填充相位差，这个过程就实现了相位差的测量。
⽬前数字相位计的发展研究已在多领域得到重视,并提出了很多⾼精度的测量算法。
现在就SYN5607型相位计⽽⾔其测量精度⾼,⼯作稳定,可以⽤于实际⼯程测量中。
SYN5607型相位计主要有下列技术指标:输⼊阻抗:1MΩ。
相位范围：0° to 360° or ±180°相位测量物模糊测相的范围。
频率范围：10Hz ～20KHz相位测量能够保证测量精确度的频率范围。
幅度范围：0.5Vrms ～100Vrms相位测量幅度范围。
相位测量精度：±0.1°相位测量的实际值与理论值的偏离程度。
相位分辨率:0.01°相位测量甭管分辨的最⼩相位单位。
频率测量精度:2E-6相位测量频率值的测量精度。
SYN5607型相位计，测量精度⾼稳定性好，可对对正弦/三⾓/梯形波/⽅波的相位差进⾏精密测量，主要应⽤于相控雷达阵、⽆线电导航系统、⾃动控制系统的测距和定位、⽔深测量、电磁波测量、电⼒系统的相位检测装置、激光测量等。
频率的测量方法
石英晶体振荡器法的基本原理是利用石英晶体的振荡特性。石英晶体是一种物理性质稳定的材料，其振荡频率与 晶体的物理特性有关，因此可以作为高精度的时间基准。通过测量石英晶体振荡器的振荡频率，就可以得到高精 度的频率值。
测频法
总结词
测频法是一种通过测量信号的周期来计算频率的方法，具有测量精度高、稳定性 好的优点。
多学科交叉融合
国际合作与交流
加强不同学科之间的交叉融合，将频率测 量技术应用于更广泛的领域，如生物医学 、环境监测、安全检测等。
加强国际合作与交流，推动频率测量技术 的共同发展，促进测量技术和标准的国际 互认。
Байду номын сангаас
谢谢
THANKS
频率的测量方法
目录
CONTENTS
• 频率测量的基本概念 • 频率测量的方法 • 现代科技中的频率测量 • 频率测量技术的发展趋势 • 总结与展望
01 频率测量的基本概念
CHAPTER
频率的定义
频率是单位时间内周期性事件发生的 次数，通常用f表示，单位为赫兹 （Hz）。
频率是周期的倒数，即f=1/T，其中T 是周期。
自动校准和校准技术
自动校准技术
利用自动校准技术，实现测量系 统的自动校准和修正，提高测量 精度和稳定性。
校准技术
利用各种校准技术，如激光校准 、微波校准等，对测量系统进行 校准和修正，确保测量结果的准 确性和可靠性。
智能化和自动化测量技术
智能化测量技术
利用人工智能和机器学习等技术，实 现测量系统的智能化，提高测量效率 和精度。
自动化测量技术
利用自动化技术，实现测量系统的自 动化，提高测量效率和精度，减少人 为误差和操作误差。
低频注入法测绝缘电阻的原理
低频注入法测绝缘电阻的原理
低频注入法测绝缘电阻的原理是在被测试的设备上注入一个正负对称的方波信号。
这个信号通过绝缘阻抗监测仪连接端子与直流高压系统和底盘之间的绝缘电阻RF构成测量回路。
通过对采样电阻上分压的采集，可以计算得出
绝缘电阻RF的大小。
在实际测试时，系统内部产生的信号包含直流以及交
流成分。
其中交流成分与整个系统的分布电容、杂散电感等因素有关，同时不同零部件构成的系统等效的阻抗特性也会不同，随着测试工况、测试环境变化同样会产生变化。
因此，系统本身的阻抗特性是会随着系统的运行而时刻发生改变，所测出的绝缘阻抗值成动态特性。
此外，电动汽车的绝缘检测需要考虑系统的运行状态和环境因素。
电动汽车电气安全要求规范标准依据主要参照GB/T ，其中规定驱动电机控制器的冷态与热态绝缘阻抗均不小于1MΩ（以540V电压平台为例，对应绝缘强度
接近2000Ω/V）。
这说明电动汽车的绝缘阻抗值需要符合一定的标准，以
保证安全可靠。
以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅相关文献或咨询电气工程专家。
《电子测量技术》模拟试题一
《电子测量技术》模拟试题一一、填空题（共10空，每空2分，共20分）1.电子测量的内容包括电信号能量参数的测量、___________、电路元件参数的测量及电子设备的性能指标测量。
答案：电信号特性参数的测量解析：电子测量的内容即为电子测量的对象，电信号的特性参数是电子测量重要的方面。
2.按测量的手续分类，电子测量的技术方法有：直接测量、__________和组合式测量。
答案：间接测量解析：直接测量、间接测量及组合测量属于电子测量技术在测量手续上的技术分类，大多数的测量实质上是间接测量。
3.测量的过程也是信号变换的过程，电子测量常用的几种变换有：量值变换、__________、参量变换、能量变换和波形变换等。
答案：频率变换解析：将信号（信息）进行变换是为了更好的测量，甚至是将一般不能测量的对象经过信号变换后而实现测量，频率变换就是将一种频率大小的信号转换为另一频率大小的信号。
4.用 1.5级、50mA的电流表测量某个电流值，则有可能产生的最大电流绝对误差为__________mA。
答案：±0.75解析：告诉了仪表的等级及量程，就可以根据引用相对误差的定义计算出量程内可能产生的最大绝对误差。
5.用电子计数器测量交流信号的频率，为了提高测量的准确度，对于高频信号应采用测频率的方法，对于低频信号应采用__________的方法。
答案：测周解析：使用哪种测量方法好，是按照±1误差的大小比较而确定的，±1误差的大小按各自的误差计算公式进行分析。
6.在交流电压模拟式测量中，根据电压表和被测信号参数的对应关系，常用的交流电压表有峰值电压表、__________和有效值电压表。
答案：均值电压表解析：确定是什么类型的交流电压表，是按照电压表内部检波方式决定的。
7.若两个交流电压的峰值相同，当用正弦波有效值刻度的峰值电压表分别测量时，电压表的读数__________。
答案：相等解析：正弦波有效值刻度的峰值电压表内部峰值检波器的输出正比于被测信号的峰值，表做好了，其检波系数就确定了。
低频相位检测模块
低频相位检测模块
【实用版】
目录
1.低频相位检测模块的概述
2.低频相位检测模块的原理
3.低频相位检测模块的应用领域
4.低频相位检测模块的发展前景
正文
一、低频相位检测模块的概述
低频相位检测模块是一种用于测量信号相位差的电子元器件，主要应用于低频信号处理领域。
它能够准确测量信号的相位，对于信号处理、分析以及调整具有重要意义。
二、低频相位检测模块的原理
低频相位检测模块的工作原理是基于相位差原理，通过比较两个信号的相位差来测量待测信号的相位。
其主要组成部分包括信号输入端、信号处理单元和相位检测单元。
信号输入端用于接收待测信号和参考信号，信号处理单元负责对两个信号进行相位差计算，最后将相位差结果输出给相位检测单元。
三、低频相位检测模块的应用领域
低频相位检测模块在众多领域都有广泛应用，如通信系统、导航定位系统、声纳系统等。
在这些领域中，低频相位检测模块对于信号处理、系统性能优化以及故障诊断具有关键作用。
四、低频相位检测模块的发展前景
随着科技的不断进步和电子元器件性能的提升，低频相位检测模块在
各个领域的应用将更加广泛。
未来，低频相位检测模块的发展趋势包括更高的精度、更小的体积和更低的功耗。
同时，新型材料和技术的应用也将为低频相位检测模块的性能提升提供更多可能性。
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目录摘要： (1)关键词： (1)1 系统设计 (1)1.1设计思路 (1)1.2 方案论证与选择 (1)1.2.1 主控芯片的选择与论证 (1)1.2.2 信号放大部分的选择与论证 (1)1.2.3 整形部分电路的选择与论证 (2)1.2.4 A/D转换方案选择与论证 (2)1.3 系统整体框图 (2)2 系统硬件电路设计 (3)2.1 主控电路部分 (3)2.2 整形部分 (3)2.3 放大部分 (4)2.4 显示部分 (5)3 系统软件设计 (5)4 系统的测试和误差分析 (6)4.1系统硬件调试 (6)4.2 系统软件调试 (6)4.3 系统整体测试 (6)4.4 系统测试仪器 (6)4.5 系统测量和误差分析 (7)4.6 数据测量与分析 (7)4.7 误差分析 (7)5 参考文献 (8)附录 (8)附录1 (8)附录2 (9)摘要：本设计以C8051F020单片机为核心控制芯片，由信号发生器输出被测信号，一路信号经过放大器后，再由单片机处理是否转换档位。
然后由C8051自带的12位ADC测量电压最大值，经过单片机处理，算出峰峰值。
另一路经过TLV3501进行整形后，由单片机测量此信号频率，当频率大于200kHz时，转换档位进行分频测量。
当频率小于200kHz时，直接测量被测信号频率。
然后由单片机控制LCD-12864显示出被测信号的频率、峰峰值和波形。
关键词：C8051F020 放大器整形分频ADCAbstract:The design with C8051F020 SCM as the core control chip, was first measured signal input to the signal generator circuit design by manual shift, adjust the measured signal measurement range so that more accurate measure of the measured signal frequency, when measured signal voltage range is 1 V to 10 V, as the OPA2228 voltage measurement range is the biggest 2.5 V, so signal attenuation circuit would be passing, and then sent into MCU ADC measure of the measured signal voltage, and after TLV3501 is shaped by the relay for program, after treatment, when the frequency shift less than 200 KHz/s directly to the MCU is processing the final frequency, when frequency more than 200 KHz/s need through the CD4518 split frequency processing and then sent to the microcontroller get tested frequency of the signal, and then the single-chip computer control in LCD 1602 tested showed on the frequency of the signal and waveform.Key word: C8051F020 plastic surgery to enlarge points frequency1 系统设计1.1设计思路低频交流信号测量系统最后要测的是输入信号的频率和峰峰值，为了更精确的测量被测信号，首先将输入信号进行放大或衰减，然后送往单片机进行峰峰值的测量，另外频率的测量可以在放大后进行整形然后进行程控换挡，然后经单片机A/D转换处理通过液晶显示屏可以看到被测信号的频率和峰峰值。
1.2 方案论证与选择1.2.1 主控芯片的选择与论证方案一：使用普遍的AT系列单片机，优点是便宜，易于操作，但是处理速度慢。
方案二：采用C8051F020，C8051F020处理速度快，自带有12位ADC转换器，外部集成度高，抗干扰能力强，从而能够提高精度。
综合考虑选择方案二。
1.2.2 信号放大部分的选择与论证方案一：采用TI公司芯片OPA2228，该系列芯片噪音低、宽带宽、精度高、转换速度快、失调电压小，放大倍数可任意调节。
方案二：采用集成运放芯片OP07对电压信号进行放大处理，选择不同的阻值就可以得到不同的放大倍数，但是这种放大处理转换速度慢，精度低。
综合考虑选择方案一。
1.2.3 整形部分电路的选择与论证方案一：为了避免过零点多次触发的现象，使用施密特触发器组成的整形电路。
施密特触发器在单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络。
由于正反馈的作用，它的门限电压随着输出电压叽的变化而改变，因此提高了抗干扰能力。
本系统中我们使用两个施密特触发器对两路信号进行整形，比较器LM393连接成施密特触发器，为了保证输入电路对相位差测量不带来误差，必须保证两个施密特触发器的门限电平相等，但是此方案精度达不到要求。
方案二：采用低功耗，低静态电流的TLV3501。
综合考虑选择方案二。
1.2.4 A/D转换方案选择与论证方案一：利用LTC549芯片采样速率和转换率较慢，稳定性较差。
方案二：我们选择的主控芯片C8051F020它本身自带了12位ADC，所以可以直接使用C8051F020的ADC功能，这样不仅可以简化电路还可以减小误差。
综合考虑选择方案二1.3 系统整体框图图4系统整体框图2 系统硬件电路设计2.1 主控电路部分该系统的主控芯片采用的是C8051F020来控制量程转换电路和频率测量电路。
从而能够快速测量出频率和峰峰值，提高精度。
图5主控部分电路2.2 整形部分整形部分采用的是TI公司的TLV3501,该TLV3501是一种低功耗，漏极开路输出比较器，能够整出较好的TTL电平。
图6整形部分电路2.3 放大部分放大部分采用的是TI公司的OPA2228，OPA227和OPA228系列放大器低噪音、增益带宽很宽、精度高、压摆率高（2.3V/us），精度高。
图7为放大部分电路。
被测信号由信号发生器输入到系统电路时根据被测信号的电压范围进行程控换挡处理，当被测信号频率电压范围在10mV到100mV时经过OPA2228的第一个放大器进行放大20倍，当被测信号频率电压范围在100mV到1V时经过OPA2228的第二个放大器进行放大2倍，当被测信号频率电压范围在1V到10V时经过衰减电路进行衰减5倍。
图7放大部分电路2.4 显示部分显示部分采用的是12864液晶显示屏，这种显示方式非常直观，用户可以从显示器上看到很友好的界面，液晶显示屏上直接显示被测信号的频率和波形，该设计简单、直观。
显示部分电路如图8所示。
图8 显示部分电路3 系统软件设计4 系统的测试和误差分析4.1系统硬件调试电路板焊接完毕后，使用万用表测量电路是否有短路，断路，元器件焊反等情况。
经检查无误后，将单片机接上，检查所有电路连线是否连接上，然后接通电源，此时应注意以下几点：1指示灯是否点亮2单片机是否有电3晶振是否工作4被测信号是否稳定测量方法:1 使用万用表查看电源是否有电。
2 使用万用表测量单片机的电源和地的引脚，看是否有电压。
3 使用示波器查看晶振是否有波形。
4.2 系统软件调试提高测量精度4.3 系统整体测试首先利用信号发生器提供系统一个频率范围为100Hz ~5KHz峰峰值Vpp为20mV～5V的被测信号，经放大或衰减后看单片机是否检测到然后得到被测信号的频率，然后通过整形得到被测信号的频率。
4.4 系统测试仪器1 数字万用表2 数字示波器3 函数信号发生器4.5 系统测量和误差分析经过所有的调试步骤完成后，对该系统进行实际的数据测量过程。
由于测量过程中存在着许多外界因素的干扰，再次进行数据和误差的分析。
4.6 数据测量与分析由于实际测量工作的局限性，最后在测量中选取了一组数据从表中的数据可以看出，测量值一般都比实际值要大一点，但对于连续测量的准确性还是比较高的。
针对测量过程，对每组数据进行多次测量，再求平均值，用来作为最终的测量数据，最后进行比较分析。
这样处理数据也具有一定的科学性和合理性。
从表中数据可以看出，测量比较大的频率时误差相对较大一些。
但从全部测量结果看，本设计的绝对误差都比较小，也比较稳定。
本设计基本符合设计要求。
4.7 误差分析测量误差主要来源于一下几个方面：1由于工具简陋，实际测量也有误差。
2影响测量误差的因素很多，还包括现场环境干扰。
3AD转换器的采样速度和转换率的大小也影响测量精度。
5 参考文献（1）《模拟电子技术基础》童诗白著，高等教育出版社2001；（2）《C程序设计》谭浩强著，清华大学出版社，2005；（3）《单片机微型计算机》李群芳著，电子工业出版社，2008；（4）《SOC单片机原理与应用》鲍可进著，清华大学出版社，2011；附录附录1：元器件明细表低频交流信号测量系统9 附录2：系统整体框图。