Способ измерения шумовых параметров рассеяния активных приборов Советский патент 1985 года по МПК G01R31/26 

I Изобретение относится к радиоизмерениям и может использоваться при проектировании усилителей, сме сителей и других шумящих УСТРОЙСТВ на активных приборах. Цель: изобретения - побытание точности и устойчивости измерения. Для биполярного транзистора п к честве первого электрода принимает ся база транзистора, в к;ачестве второго -коллектор, в качестве третьего - эмиттер. Для полевых транзисторов в качестве первого электрода принимается затвор, в ка честве второго - сток, в качестве третьего - исток. На чертеже показана Схема одног из возможных устройств для осущест вления : предложенного способа, К эмнттеру транзистора 1 с помощью коммутатора 2 в положении 2подключена согласованная нагрузка 3, а к базе с помощью коммутатора 4 в положение 4-1 - .согласованная нагрузка 5, Коллектор транзистора 1 с помощью коммутатора б в положении 6-1 подключен к измерителю 7 спектральных плотностей,Вход изм рителя 7 согласован с передающим трактом, (Цепи питания транзистора 1 и отрезки подводящих линий на чертеже не показаны). Повьшение точности и устойчивос ти измерения тумовых параметров в пред)тоженном способе обусловлено следующим. Шумы, возникающие в объеме полу проводника, распространяются в сто ну электродов с различными задержками от каждой локальной области их возникновения. Внешне действие шумов транзистора как автономного шестиполюсника проявляется в виде отраженных шумовых волн мощности Pj и вц, которые излучаются соответственно со стороны базы, эмиттера и коллектора в линии пере дачи с согласнованными нагрузками и могут быть выражены через соотвествующие шумовые токи. Так как ш мы, обусловленные одним и тем же ф зическим процессом, полностью коррелированы :, их суммарный вклад в шумовые волны г, е и е можно представить в виде результируюп1его шума, излучаемого эквивалентным точечным источком. Шумовые волны мощности при их распространении от эквивагтентных 62 источников к эмиттеру и коллектору претерпевают последовательно несколько этапов задержки, причем волны, распространяемые в сторвну коллекто-г ра, задерживаются больше, чем волны, распространяемые в сторону эмиттера. Поэтому результирующая шумовая волна вк в сечении коллекторного контакта запаздывает относительно результирующей волны е, в сечении эмиттерного контакта на некоторую величину а9 , которая равна )2:е,-5:в., где.0. и 9j - суммарные значения распространения шумов от эквивалентных источников щума внутри активного прибора к коллектору и эмиттеру соответственно , Величины 0; могут быть измерены при помощи известных методов. Ни одна из составляющих полного времени в, задержки сигнала между эмиттером и коллектором от частоты не зависит. Таким образом, относительная задержка й6 также не зависит от частоты, и аргумент взаимной спектральной плотности TJR, в диапазоне частот является линейной функцией частоты f : fl 2Ff-fF, (3) К - постоянная Больцмана; К - стандартная шумовая температура, полоса частот, . Величина Ц в формуле (3) обусловлена противоположным направлением эмиттерного и коллекторного шумовых токов по отношению к транзистору при f , Так как но определению .Ч(,)5 ,5к -Гтг 5, а эк выражается по формуле (1), То величина Э,„ f на данной р;1бочей частоте f может быть определена через параметр uQ и измеренные собственные спектральные плотности по формуле (2) .5(.V.-(f)4( в которой Эти результаты не могут быть при менены к транзистору-четырехполюснику, так как база транзистора-четырехполюсника (при включении его по схеме с общей базой ) заземлена. Поэтому шумовая волна мощности, .излучаемая со стороны базы, не может быть отдельно измерена, и для определения вещественной составляющ спектральной йлотности тра зистора-четырехполюсника с помощью собственных спектральных плотностей необходимой-информации недостаточно - , Кроме torOf базовая шумовая волн ие поглощается в согласованной нагрузке, как в случае ifpaHaMCTopaшестиподшсника, а полностью отражается от эквивалентной плоскости короткого замыкания базы. В результате этого происходит перераспределение базовых шумов между эмиттером и коллектором, которое зависит от комплексных параметров транзистора и меняется в диапазоне. частот.Таким об разом,модуль и аргумент взаимной спек ральной плотности транзистора-четыре полюсника являются сложными функци ми частоты. Их определение на основе составляющих полного времени задержки сигнала между эмиттером и коллектором невозможно. Способ может быть реализован с помощью устройства, приведенного на чертеже. Устройство работает следующим образом. На входе измерителя 7 измеряется суммарная мощность шумов i.- , излyчae вlIx .транзистором со стороны i-ro электрода, а также соответству щими согласованными нагрузками и входом измерителя 7. Расчет собственных спектральных плотностей производится по формуле .,,J-i.,J5„, где ивм относительная щумрвая температура щумов, излу- чаемых входом измерителя 7 в сторону транзистора I 5J g I модули параметров рассеяния транзистора-шести- полюсника. Положения коммутаторов 2,4 и 6, показанные на чертеже, соответствуют измерению параметра г. Для измерения параметра t, коммутатор 2 пере-водится в положение 2-2,а коммутатор . А - в положение 4-2, Для измерения па раметра коммутатор 6 нужно перевести в положение 6-3, а коммутатор 4 в положение 4-2, коммутатор 2 при этом должен находиться в положении 2-. Повышение устойчивости обусловлено тем,что все измерения шумовых паргметров производятся в согласованном тракте и отпадает необходимость виспользованни рассогласованных.нагрузок. Для оценки точности относи-гель- Н5 среднеквадратичную ошибку tf измерения на данной частоте рассчитываем предложенным и известным способами. Для наглядности при оценке точное ти предложенного способа рассматриваем приблизительную формулу )еЗГ, (Я которая справедлива при малых углах f 4 0 iTff и практически выполняется на частотах вплоть до граничной час тоты € . Относительная среднеквадратичная ошибка определения по формуле (4 } равна (т) ,r6U9)f 11 Учитывая, что (п,V- 5.)f-(,)).f . принимая относительные погрешности f. измерения величин равными ежду собой, получим ,,1Л| 1)). бЧлеГ. л f / . - f (л % Рассчитываем Л , для типового ранзистора С-диапазона. Точность змерения составляющих 9 полного ремени задержки сигнала миттером и коллектором, как правио, не хуже 0,05 ПС. Учитывая, что ,-5:e.(,.e.e,J-(беПМ 1 5 а среднеквадратичная ошибка

)€ ( .(d9/.( Ч& ebf ДЛЯ рассматриваемого примера получим AQ -8,06 ПС, 6(ue)0,132 ПС, где и время накопления и рассасывания дополнительного заряда в базе на границе с коллектором; . 0J - время задержки в обедненном слое коллектора; 0Lp - время заряда емкости перехода база-коллектор через эмиттер;. бр - время заряда емкости перехода база-коллектор через коллектор; ®Аоп дополнительная задержка за счет паразитных параметров корпуса транзистора; время заряда емкости перехода эмиттер-база через эмиттер; 0р - эмиттерное время задержки, связанное с избыточным на-, коплением дырок в эмиттере Подставляя в формулу (5) значения лб 8,06 ПС, 6 (d в) 0,132 ПС, а также экспериментально измеренные параметры4-}, 2,71 2, ,919, tjj 0,501 и 0,282 для тран-i зистора КТ391А2 как автономного шестиполюсника на J,5 ГГц, и принимая, что 0,05, получим ,87%. Развернутая формула для определения по результатам измерений согласно известному способу имеет вид... ,,. Iml-7-гТ 1- Sjj / («1,.|1П/- -.).- (1 (V,, 5„5,М-1, 54

,(5| э(Ав)определения лб равна П57А866 где Sj; - параметры рассеяния транзистора-шестиполюсника, Г - коз4Ф циент отражения рассогласованой нагрузки) 25 измеренное значение суммарной мощности шума на выходе транзистора при данной рассогласованной нагрузке, подключенной к зажимам транзистора I; Обозначив через А(6А)/А квадраты относительных среднеквадратичных ошибок измерения входящих в форулу (6 ) величин, получим следуюее выражение для квадрата относитель ной среднеквадратичной овибки 2 измерения J-t Г4(ГГ1Т ) L- W . J 5,5|гММ,2Г|5;,|П,55(5,|м,7Г|55з|. 2.)a.25|s;,|M,5|s;,|. (7, Примем точность измерения шумовых температур равной 5% ( как и при расчете «Л), а точность измерения модулей параметров рассеяння равной 1%. При этом («Л.) -°°«; |r| 0,0001. Подставляя приведенные величины в формулу (7), получим. .5%Таким образом, точность измерения предложенным способом примерно в 2,5 раза выше точности измеренияпо известному способу.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМОВЫХ .ДАРАМЕТРОВ РАССЕЯНИЯ АКТИВНЫХ ПРИБОРОВ, включающий подключение трех электродов прибора к линиям передачи с согласованными нагрузками измерение собственных спектральных плотностей со стороны внутренних шумов всех электродов, и определение мнимой составляющей взаимньпс спектраль- иых плотностей внутренних шумов, отличающийся тем, чтоу с целью повышения точности и устойчивости измерения, дополнительно измеряют суммарные задержки распространения шумов от эквивалентных источников шума внутри активного прибора к третьему и второму электродам, и рабочую частоту, а значение мнимой составляющей взаимных спектральных плотностей внутренних шумов определяют из соотношения - - кк-%Б)%ив21), 0,5(€ V где f. 9Э Т./ и Г - значения собкк ээ ственных спект, ральных плот-. . ностей, измеренных со стороны третьего, второго и первого электродов соответственно; дб - относительная задержка, рав-.ная разности суммарных за держек распростOn ранения шумов sl от эквивалентj; эо ных источников шума к третьему Э) и второму электродам; f - рабочая частота.