Способ измерения токовых шумов и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01R29/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для построения высокочувстви- тельных шумомеров.

Цель изобретения - повышенке чув- ствительности путем исключения влияния тепловых шумов на результат измерения.

На фиг, представлена функциональная схема устройства, реализующего Ш .предлагаемый способ измерения токо- вых шумов;, на фиг,2 - спектрограмма, иллюстрирующая работу устройства.

На с1)иг,2 приняты обозначения: S,(f) - спектральная плотность токо- 5 вого шума; S () - спектральная плотность cyMMafiHoro теплового и избыточного шума резисторов и входных устройств; А - коэффициент, характеризующий интенсивность токового шу- на; В - коэффициент, характеризующий интенсивность избыточной компоненты

20

в S. (f); Sn - величина белого тума

B-S,,

о

f и

щ(); f - текущая частота; напряжение на резисторе; fj - частота первого высокочастотного генерато- .ра; fj - частота второго высокочастот.Sjlflfil- 2

ного генератора;

спект

ральная плотность высокочастотного колебания f , промодулированного токовым шумом.

Устройство состоит из двух генераторов 1 и 2 высокочастотного напряжения, подключенных к баластному 3 и измеряемому А резисторам. К общей точке резисторов подключены два полосовых фильтра 5 и 6, соединенных с детекторами 7 и 8, с выходов которых сигнал подается на усилители 9 и 10, .подключенные к перемножителю J и последовательной цепочке из фильтра 12 нижних частот и регистрирующего блока 13.

Способ осуществляется следующим образом.

На резисторную цеп.ь с измеряемым резистором подают сумму двух колебаний частот f и f . В результате получают на участках спектра с центральными частотами f и f сумму составляющих амплнтудно-модулирован- Hbtx шумов колебаний f и f« соответственно (фиг.2). Указанные участ ки фильтруют,, а затем детектируют и усиливают в усилителях низкой частоты. В результате. по.1учают два сигнала из гуммы идентичных токовых шумов

Ш

5 253812

и некоррелированных слагаемых теплового .шума, так как они образованы разньии участками спектра. Эти сигналы перемножают, В результате получают постоянную составляющую, обусловленную произведением идентичных токовых шумов и спектральную плотность флуктуирующей помехи, обусловленную произведением некоррелированных тепловых шумов. Постоянную составляющую, несущую информацию об интенсивности токового шума, фильтруют и индицируют.

Устройство работает следующим образом.

Высокочастотное напряжение каждого из генераторов 1 и 2 в цепи резисторов 3 и 4 подвергается амплитудной модуляции токовым шумом со спектром S (f), в результате около частот f

20

35

и f, (фиг.2) появляются составляющие, описываемые соотношением 8у()/2 и S(f-fj)/2 соответственно. Для получения амплитудной модуляции необ25 ходим нелин ейный элемент. В устройстве эту роль в ьтполняет измеряемый ре- зистор 4. При протекании через негр тока возникают .токовые шумы, обусловленные флуктуацией его сопротивления.

30 Напряжение на резисторе будет иметь составляющую от произведения тока на фпук.туирующую часть резистора, что и позволит получить амплитудную модуляцию. Покажем зто математически.

Пусть ток описьгоается синусоидальным напряжением

I(t) I,

sih u)p t.

40

Измеряемый резистор представим в виде постоянного сопротивления R и флуктуирующей части 4R(t). Напряжение -на резисторе равно

U(t)

loP-o

I(t)Rt (1 +

.

R«

) sinuJpt,

50

где R(t) RO + dR(t).

Это запись амплитудно-модулироватшо- го сигнала. Здесь отношение R(t)/RQ является индексом модуляции, а спектр lR(t) определяет спектр модулирующего сигнала.

Полосовые фильтры 5 и 6 выделяют участки спектра около Частот f и f. При зтом величину 5щ() можно характеризовать только членом R, так как , и f, выбираются в пределах

313

10 кГц. Это приводит к тому, что после детектирования в детекторах 7 и 8 и прохозкдения низкочастотных усгглнте- лей 9 я 10 на входы перемножителя 11 поступают два сигнала, содержащие ак токовые составляющие S(f),сгруппированные после детектирования около нуля, так и величину шумовых флуктуации с равномерной спектральной

плотностью

V2 S

о

что объясняется

фактом суммирования некоррелированного шума левее и правее частот f, и.

5,

20

25

f J. Здесь важно отметить, что ггум S(f), подаваемый на перемнояагтель И, одинаков в обоих каналах, а шум со спектром 12 некоррелирован, так как образован различными участками исходной плотности 5щ(), а именно около частот f, и f соответст- венно.

Действительно, тепловой шум никоим образом не зависит от протекакице- го тока и, следовательно, он не создает амплитудную модуляцию сигналов генератора. Величина спектральной плотности теплового шума определяется по формуле Найквиста. Сюда не входит значение протекающего тока,

В полосовых фильтрах 5 и 6 вырезаются участки спектра около централь- 30 ных частот ., и fn . Эти два участка между собой некоррелированы-и после

детектирования преобразуются в два некоррелированных низкочастотных процесса. .35

На выходе перемножителя 11 появ-. ляется постоянная соетавлякщая,обусловленная спектральной плотностью

1. Способ измерения токовых шумов, содержащий операцию подачи испытательного сигнала на резисторы, усиление jpy MOB в двух идентичных каналах, которые затем перемножают, а результат фильтруют и регистрируютJ отличающийся тем, что, С целью повышения чу8ствительнос и, в качестве испытательного сигнала используют сумму двух высокочастотных напряжений, например, прямоугольной формы, полученные высокочастотные амплитудно-модулированные шумом колебания фильтруют на частотах испытательного сигнала и детектируют в каждом канапе перед усилением.

2. Устройство для измерения токовых шумов, содержащее последовательно соединенные генератор испытательного сигнала, балластный и измеряемый резисторы, а также два усилителя, выходы которых подключены к входу пе ремножителя, выход которого подключен через фильтр низких частот к регистрирующему блоку, о т -л и. ч а ю - щ е е с я тем, что введены две цепи из, последовательно соединенных полосового фильтра и детектора, а генератор испытательного сигнала состоит

S (t). Вследствие некоррелированное- из последовательно включенных генера- ти тепловой шум со спектром YZS постоянной составляющей не образует. Неторов высокочастотного напряжения, :при этом оба входа полосовых фильтров .подключены к общему выводу резисторов, а выходы детекторов - к входам- соответствующих усилителей.

бущая полезную информацию постоянная составляющая фильтруется в фильтре .12

и регистрируется в блоке 13.

Таким образомi повьппение чуястпи- тельности физически объяснимо следуюиим. При указанном способе на перемножитель подают сигналы с одинаковым токовым и,различными тепловыми шумами. Это и позволяет их различать, более того измерять токовые шумы меньшей интенсивности нежели тепловые.

5,

0

5

0

5

W Формула изобретения

1. Способ измерения токовых шумов, содержащий операцию подачи испытательного сигнала на резисторы, усиление jpy MOB в двух идентичных каналах, которые затем перемножают, а результат фильтруют и регистрируютJ отличающийся тем, что, С целью повышения чу8ствительнос и, в качестве испытательного сигнала используют сумму двух высокочастотных напряжений, например, прямоугольной формы, полученные высокочастотные амплитудно-модулированные шумом колебания фильтруют на частотах испытательного сигнала и детектируют в каждом канапе перед усилением.

2. Устройство для измерения токовых шумов, содержащее последовательно соединенные генератор испытательного сигнала, балластный и измеряемый резисторы, а также два усилителя, выходы которых подключены к входу пе ремножителя, выход которого подключен через фильтр низких частот к регистрирующему блоку, о т -л и. ч а ю - щ е е с я тем, что введены две цепи из, последовательно соединенных полосового фильтра и детектора, а генератор испытательного сигнала состоит

из последовательно включенных генера-

из последовательно включенных генера-

торов высокочастотного напряжения, :при этом оба входа полосовых фильтров .подключены к общему выводу резисторов, а выходы детекторов - к входам- соответствующих усилителей.

«V4

ИзоКретение может быть использовано для построения шумомеров.Цель 5 1 изобретения - повьшение чувствительности измерения. Устройство, реализующее способ, содержит балластньпй и измеряемый резисторы 3 и 4, усилители 9 и 10, перемножитель II,фильтр 12 нижних частот и регистрирующий блок 13. Введение двух цепей, состоящих из полосовых фильт ров Зи 6 и дё- текторов 7 и 8, и выполнение генератора испытательно-го сигнала в виде .генераторов 1 и 2 высоковольтного : напряжения исключает влияние тепловых шумов на результат измерения за счет подачи на перемножитель II сигналов с одинаковыми токопыми и различными тепловыми шумами. Это и позволяет их различать и измерять токовые шумы меньшей интенсивности, не- жели тепловые. 2 с.п. ф - лы , 2 ил. (Л tann ОО Ю О со 00 Фиг,1 .«л.

Редактор Е.Папп

Составитель Н.Михалев

Техред Л.ОлинныкКорректор А.Зимокосов

Заказ 3103/АОТираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по дйлям изобретений и открытий ПЗОЗЗ, Москв, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Проиэвол1 Т1 рнио-Я(1лиг афическ 1е предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4