Измеритель спектра флуктуаций низкочастотного сопротивления двухполюсника Советский патент 1986 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к технике измерений и предназначено для паспортизации флуктуационных параметро двухполюсников: резисторов, полупроводниковых и вакуумных диодов и т.д.

Цель изобретения - повышение чувствительности измерителя спектра флуктуации низкочастотного сопротивления двухполюсника.

Поставленная цель достигается тем, что имитируется эквивалентное сопротивление исследуемого двухполюсника по низкочастотному и постоянному токам и разностным методом исключаются из результата измерений собственные шумы предлагаемого измерителя, т.е. шумы источника питания и усилителя.

На чертеже представлена функцио- нальная схема предлагаемого устройства.

Измеритель спектра флуктуации низкочастотного сопротивления двухполюсника содержит источник 1 посто янного напряжения, исследуемый двухполюсник 2, измерительньй резистор усилитель 4, индикатор 5, генератор колебаний, аттенюатор 7, резисторы 8 и 9, ключ 10, амперметр П, пере- ключатели 12 и 13, переменные резистор 14% конденсатор 15 и индуктивность 16.

В устройстве измерительный резистор 3 подключен к входу усилите- ля 4, выход которого соединен с индикатором 5, генератор 6 колебаний подключен к входу аттенюатора 7, ключ 10 соединяет выход аттенюатора 7 и резистор 8. Вход первого переключателя 12 через амперметр 11 подключен к источнику 1 постоянного напряжения, другой вывод резистора соединен с выводом второго резистора 9, входом второго переключателя 13 и первым выходом первого переключателя 12, второй выход которого соединен с другим выводом второго резистора 9. Первый выход второго переключателя 13 соединен с первой клеммой исследуемого двухполюсника, вторая клемма которого соединена с входом усилителя 4 и с выводом переменной индуктивности 16, другой ВЫ

вод которой соединен через парал- лельно соединенные переменные резистор 14 и конденсатор 15 с вторым выходом переключателя 13.

Устройство работает следующим обр азом.

Источник 1 постоянного напряжения в положении Q переключателей 12 и 13 создает ток в цепи, состоящей из исследуемого двухполюсника 2 (сопротивление R по постоянному току) и последовательно соединенного с ним измерительного резистора 3 (сопротивление R,)- При этом амперметр 11 регистрирует величину постоянного тока, питающего исследуемый двухполюсник 2 (ключ 10 разомкнут), и показания индикатора 5, стоящего на выходе усилителя 4, пропорциональны среднему значению квадрата хаотического напряжения U (F) в полосе ДР вблизи частоты анализа F, создаваемого на измерительном сопротивлении за счет флуктуации низкочастотного сопротивления двухполюсник

U(F) и собственных шумов измерителя и (F) (суммарные шумы источника 1 постоянного напряжения и усилителя 4)

Ut (F) U (F) -t- U(F).

()

L

- IJJ / - ШO

Для определения величины собственного шума (F) предлагаемого измерителя необходимо первоначально переключатель 12 перевести в положение 5 , замкнуть ключ 10 и с помощью генератора 6, частота гармонического колебания которого устанавливается равной частоте анализа F, и аттенюатора 7 установить на индикаторе 5 величину напряжения UpQp(F значительно (на 20 - 25 дБ) превьша- кяцую и (F); затем переключатель 13 перевести в положение 5 и с помощью переменных резистора 14 (R,), конденсатора 15 () и индуктивности 16 (L,,) выставить прежние значения ,

1&

показаний амперметра 11 и индикатора 5 (цепь R , С, L,g имитирует среднее низкочастотное дифференциальное сопротивление исследуемого Двухполюсника R а и среднее значение его сопротивления по постоянному току R). При этом

(2)

После выполнения указанных операций ключ 10 размыкается, переключатель 12 ставится в положение (переключатель 13 по-прежнему в положеНИИ () и по индикатору 5 фиксируется значение напряжения U| (F), равное собственному шуму предлагаемого измерителя. Вклад в и (F) шумов эквивалента, состоящего из переменных j резистора 14, конденсатора 15 и индуктивности 16, определяется тепловым шумом его активной части и, как правило, мал по сравнению с вкладом в Uj,p (F) шумов усилителя 4 ю

и источника 1 постоянного напряжения. Это справедливо при применении в предлагаемом устройстве проволочного переменного резистора 14, избыточными шумами которого можно пренеб- 15 речь. Однако при необходимости влияние шумов эквивалента может быть учтено уменьшением значения величину U, равную

-2 i KTGjjig A.F

-. оУкГ-и/кЛ

G 1 - активный компон ент проводимости цепи R , , Ц на частоте анализа F; ,38044-Ю Дж/К - константа 25

Больцмана; Т - температура.

Величина среднего квадрата напряжения и (F), создаваемого на измерительном сопротивлении R за сче

фпуктуаций низкочастотного сопротивления исследуемого двухполюсника SR, определяется в предлагаемом измерителе как разность показателей индикатора 5 при положениях o.-S перек- лючателя 13 (переключатель 12 находится в положении а). При достаточных величинах полосы анализа uF и постоянной времени усредняющего индикатора 5 (величины AF и зави- сят от типа низкочастотного анализатора спектра, используемого в качестве индикатора) измеритель позволяет уверенно регистрировать флуктуации y.(F) уровень которых в раз ниже величины собственного шума измерителя (F) 3,:

(3)

Измеренная величина U (F) связана со спектральной плотностью

флуктуации тока двухполюсника i (F) простым соотношением

71 .s -

(F)

TfRf

(4)

Флуктуации тока i вызываются низ- ,кочастотными флуктуациями сопротивления исследуемого двухполюсника S R

55954

j ю

ч

. - 5R т dRI .,,,

- dulu

при и R i;

5u -.

. . dR(U) ,i -----1-ins-t -l-l1 i

(5) (6)

(7)

15

20

25

30

5 0 5

0

5

где 1, и - средние значения тока и

напряжения на измерительном сопротивлении и клеммах исследуемого двухполюсника. На основании выражения (5) с учетом формул (4), (6) и (7) спектральная плотность флуктуации низкочастотного сопротивления исследуемого двухполюсника S (F) равна

.(.,1иЬ

(8)

Таким образом, спектральная плотность флуктуации низкочастотного сопротивления двухполюсника S (F) определяется в предлагаемом измерителе по измеренной величине U (F) и известным R, R, С,5, L,.

При использовании в качестве индикатора 5 анализатора спектра типа СК4-13 с полосой анализа Гц и постоянной времени усредняющего фильтра с чувствительность предлагаемого измерителя на частотах анализа 2 600 кГц на порядок вьщге чувствительности известного измерителя.

Формула изобретения

Измеритель .спектра флуктуации низкочастотного сопротивления двухполюсника, содержащий измерительный резистор, подключеннь1Й к входу уси- лителя, выход которого соединен с , индикатором, генератор колебаний, выход которого подключен к входу ai-. тенюатора, первый резистор, отличающийся тем, что, с целью повьшгения чувствительности, в него введены последовательно сое- диненные источник постоянного напряжения и амперметр, два переключателя, ключ, второй резистор, переменные резистор, конденсатор и индуктивность, при этом выход аттенюатора через ключ соединен с первым резне$1255954

тором, другой вывод которого соеди- соединен с первой клеммой для под- нен с выводом второго резистора, исследуемого двухполюсника, входом второго переключателя и пер- вторая клемма соединена с входом вым выходом первого переключателя, усилителя и с выводом переменной инвторой выход которого соединен с дру- дуктивности, другой вывод которой гим выводом второго резистора, а соединен через параллельно соединен- вход соединен с выходом амперметра, ные переменные резистор и конденсатор с первый выход второго переключателя вторым выходом второго переключателя.

Изрбретение предназначено для паспортизации флуктуационных параметров двухполюсников. Цель изобретения - повышение чувствительности измерителя. Измеритель содержит измерительный резистор 3, усилитель 4, индикатор 5, генератор 6 колебаний, аттенюатор 7 и резистор 8. Введение резистора 9, ключа 10, амперметра 11, переключателей 12 и 13, переменного резистора 14 и переменной индуктивности 16 позволяет имитировать эквивалентное сопротивление исследуемого двухполюсника 2 по .низкочастотному и постоянному токам и разностным методом исключить из результата измерений собственные шумы предлагаемого измерителя, т.е. шумы источника питания и усилителя. 1 ил. сл о сл 4