Устройство для измерения комплексных у и S-параметров линейных четырехполюсников Советский патент 1982 года по МПК G01R31/28 G01R31/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использо зано для измерения п оводимости интегральных схем и транзисторов в широком диапазоне частот, в режимах короткого замыкания на входе и на выходе. Известны устройства.для измерения комплексных параметров линейных четырехполюсников 1 . Однако эти устройства имеют низкую точность измерений, обусловленную мет дической погрешностью. Известно также устройство для измерения комплексных параметров рассеяния четырехполюсника, содержащее кон тактный узел для подключения исследуемого четырехполюсника, коммутатор, состоящий из управляющих ключей и про граммного блока, выходы последнего соединены с управляющими входами управляемых ключей, ичтряник ЭДС переменного тока, выход которого с опорны каналом векторного вольтметра соединен с входом первого и второго управляемых ключей, другой вход первого и выход второго управляемых ключей соединены с корпусом, выход первого управляемого ключа соединен с первым Ьбраздовым резистором, а другой вход второго управляемого ключа соединен с вторым образцовым резистором, измерительный канал векторного вольтметра соединен с выходом пятого и шестого управляемых ключей. Второй вывод первого образцового резистора соединен с входом третьего и пятого управляемых ключей, а второй вывод второго- образцового резистора соединен с выходом четвертого и входом шестого управляемых ключей. Выход третьего и вход четвертого управляемых ключей подключен соответственно к входу и выходу исследуемого четырехполюсника 2 . Однако известное устройство за счет дополнительных измерительных операций, хотя и обеспечивает устранение методической погрешности, но имеет низкое быстродейсвтие и малую точность измерений из-за большой инструментальной . погрешности. Цель изобретения - повьпиение быстродействия и точности измерений. Цель достигается тем, что в устройство для измерения комплексных V и S-параметров линейных четырехполюсников, содержащее контактный узел с двумя входными клеммами, коммутатор, включающий шесть управляемых ключей и программный блок, вход которого соединен с выходом источника питания, а выходы соединены с соответствугацими управляющими входами ключей,, источни напряжения переменного тока, выход к торого соединен с опорным входом век торного вольтметра и входами первого и второго управляемых ключей, второй вход первого и выход второго которых соединены с корпусом, а выход первог управляемого ключа соединен с одним из выводов первого образцового резистора, а второй вход второго управ ляемого ключа соединен с одним из выводов второго образцовогорезистора, измерительныйвход векторного вольтметра соединен с выходом пятого и шестого управляе1 х ключей, введены третий и четвертый образцовые резисторы и седьмой и восьмой управляе вlJe ключи, управлякяцими входами подключенные к соответствуюгцим ВЕЛходам программного блока, при зтом- выход первого управляемого ключа-сгоединен с входом третьего управляемого- ключа выход которого соединей с вторым выв дом первого образцового резистора и входом седьмого управляемого ключа, выход последнего подключен к входу пятого управляемого ключа и первой входной клемме контактного узла, третий образцовый, резистор подключен между входом и выходом седьмого уп равляемого ключа, а второй вход второго управляемого ключа соединен с выходом четвертого управляемого ключ вход которого соединен с вторым выводом второго образцового резистора и выходом восьмого управляемого ключа, вход последнего соединен с входо шестого управляемого ключа и второй входной клеммой контактного узла, а четвертый образцовый резистор В1слю чей между входом и выходом восьмого управляемого ключа. .На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство содерзкит контактный узел 1.ДЛЯ подключения исследуемого четырехполюсни а 2, коммутатор, состоящий из управляемых ключей 4-11 и программного блока 12, выходы последнего соединены с управляющими вхо дами управляемых ключей 4-11, источник 13 напряжения переменного тока, выход которого подключен к опорному входу векторного вольтметра 14, источник 19 питания и входные клеммы 20 и 21 контактного узла. Устройство работает следующим образом. С помощью программного блока 12 производитсяг подключение управляемых ключей 4-11 по определенной про грамме к источнику 19 питания. При этом опорный вход векторного вольтметра 14 при прямом и обратной включении четырехполюсника 2 постоянно подсоединен к источнику 13 напряженйя переменного тока и регистрирует напряжение.на его выходе. В прямом включении четырехполюсника вольтметр 14 измеряет напряжение Е, а при обратном включении - Е,. При срабатывании .управляемых ключей 4, 7, 9 и 10 сигнал от источ ника 13 напряжения переменного тока через контактны управляемого ключа 4, образцовый резистор 15 и контактны управляемого ключа 10 подается на вход четырехполюсника 2, выход которого нагружается на резистор 18, прдключаекий к корпусу через контакты управляемого ключа 7 и нормально замк«утые контактны управляемого ключа 5. Измерительный вход векторного вольтметра 14 подключается через кон актны ключа 9 к резистору 18.-вольтметром 14 регистрируется комплексное напряжение UQ на выходе четырехполюсрйка 2. При срабатывании управляемого ключа б источник напряжения переменного тока непосредственно подключается к входу четырехполюсника 2. На его выходе вольтметром 14 .измеряется комплексное напряжение Uij . При срабатывании ключей 5, 6, 8 и 11 четырехполюсник 2 оказывается включенным в обратном направлении При этом сигнал xJT источника 13 напряжения переменного тока через ключа 5, резистор 16 и контакты ключа 11 подается на выход четырез :полюсника 2, вход которого нагружается на резистор 17, Подключаемый к корпусу через :контак ы ключей 6 и 4, Измерительный входвек рного вольтметра 14 через контакты ключа 8 подключается к резистору 17 и измеряет комплексное напряжение 0 на входе четырехполюсника 2. При срабатывании управляемого ключа 7 источник 13 напряжения непосредственно подключается к выходу четырехт папюсника 2. На его входе вольтметр 14 измеряет комплексное напряжение О . На этом цикл измерения входнкВс и выходных комплексных напряжений линейного четырехполюсника на одной частоте заканчивается. По результатам измерения комплексных напряжейий по ниже приведенным формулам определяются следующие параметры четырехполюсника, например Л-параметры: / К 3 ll 4J4i«K К t-ic к 4-1 Ч Ь-л I 1г f - f-K к 1-1 Na ..5Ш .п гС -Ki. a-i ia али нормированные S-параметры; соответст венно про водимости образцовы резисто-с ров 15,, 1 17 и 16. Для уменьшения инструментальной погрешности измерений проводимости четырехполюсника и образцовых.резис торов выбираются из условий.ЗЦ 3 7 Д.1 Л} , т.е. про водимости резисторов, коммутируемых на входе и выходе четырехполюсника при прямом и обратном его включении должны быть малыми. Максимальная относительная погрешность измерения при условии, что фазо параметра S 11 вые углы напряжений равны нулю и 3 4 О о.г : 3 ц (3 U, - входная про водимость по измерительному входу векторного врльтметра) ,. для известного устройства имеет следующие математические выражения: о а для предлагаемого устройства -- Учитывая, что относительная погрешность измерений напряжений равна a4Jj погрешность известного устройства - c(Sij;-i 3t5 о и, а предла гаемого - ,т.е. погрешность измерений уменьшается более чем в 1,5 раза. - Формула изобретений . Устройство для измерения кокятлек сных V и 5-параметров линейнь(Х 41/ четырехполюсников, содержащее контактный узел с двумя входныго клеммами, коммутатор, включащий шесть управляемых ключей и программный блок, вход которого соединен с выходом источника питания, выюоды соединены с соответствующими управляющими входами ключей, источник напряжения переменного тока, выход которого соединен с опорным входом векторного вольтметра и входами перво ;о и- второго управляемых ключей, второй вход первого и выход второго которых соединены с корпусом, а выход первого управляемого ключа соединен с одним из выводов первого образцового резистора, второй вход второго управляемого ключа соединен с одним из выводов второго образцового резистора, измерительный вход векторного вольтметра соединен с выходом пятого и шестого управляемых ключей, отличающееся тем, что, с целью повьиаения быстродействия и точности измерений, в него введены третий и четвертый образцовые резисторы, седьмой и восьмой управляемые ключи, управляющими входами подключенные к Соответствующим выходам прогрс1ммного блока, при этсял выход первого управляемого ключа соединен с входом третьего управляемого ключа, выход которого соединен с вторым выводом первого образцового резистора и входом, седьмого управляемого ключа, i выход последнего подключен к входу пятого управляемого ключа и первой входной клемме контактного узла, третий образцовый резистор включен между входом и выходом седьмого управляемого ключа, а второй вход второго управляемого ключа соединен с выходом четвертого управляемого ключа, вход которого соединен с вторьил выводом второ ГО образцового резистора и выходом восьмого управляемого ключа, вход последнего соединен с входом шестого управляемого ключа и второй входной клеммой контактного узла, а четвертый образцовый резист( включен между входсм и выходом восьмого управляемого ключа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 11 Транзисто{ ы. Параметры, методы измерений и испытаний. Под ред. Бергельсона И.Г. и др. М у1;Совегсное радио, 1966, с. 127-128. 2. Авторское свидетельство СССР 741195, кл. G 01 ftr:27/28, 1978 (прототип).