Устройство для измерения коэффициентов нелинейности

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 4,6 01 К 23/20 ВОВОЮВЕНО ЕХ ЗОБРЕТЕН СА 1 БЛ Н АВТОРСК нтов нтегральзисторах. ных уси Целью и во для ейност очности змерени я. М.: содержит генератор 1 испытательногосигнала, сумматор 2, умножитель 3частоты на два, умножитель 4 частотына три, фазовращатели 5 и 7, образцовый аттенюатор 8, ключи 9, 10 и 16,третий фазовращатель 11, аттенюаторы12 и 14, испьпуемый объект 15, анализатор 17 гармоник. Устройство может работать в режиме калибровки ив режиме измерения. 1 ил. нир Ф.В. Ради968, с. 262е, с. 268. оиз Связь,ТамОЭФФИрадиоет бытьоэффиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(57) Изобретение относится техническим измерениям и м использовано для измерения 2елинейности четырехимер транзисторов,тельных схем на трбретения являетсяизмерений. Устройскоэффициента нелиИзобретение относится к радиотех"ческим измерениям и может быть использовано для измерения коэффициентов нелинейности (коэффициента третьей гармонии, коэффициента комбинационных составляющих, возникающих нанелинейностях третьего порядка) четыех полюсников (например, транзисторов, интегральных усилительных схем 10на транзисторах),Цель изобретения - повышение точности измерений.На чертеже изображена блок-схемапредлагаемого устройства для измерения коэффициентов нелинейности,Устройство для измерения коэффициентов нелинейности содержит генератор1 испытательного сигнала, подключенный к первому входу сумматора 2 и 20входам умножителя 3 частоты на два иумножителя 4 частоты на три. Выход умножителя 4 частоты на три через Фазовращатель 5, аттеиюатор 6, а такжечерез фазовращатель 7, образцовый ат" 25тенюатор 8 и ключ 9 подключен соответственно к второму и третьему вход;исумматора 2. Выход умножителя 3 частоты на два через ключ 10 подключен кчетвертому входу сумматора 2, а также 30чрез Фазовращатель 11 и аттенюатор 12к первому входу сумматора 13. Выходсумматора 2 через аттенюатор 14 ипараллельно включенные испытуемый объект 15 и ключ 16 подключен к второмувходу сумматора 13. Выход сумматора13 подключен к входу анализатора 17гармоник.Устройство работает в двух режимах:в режиме калибровки и в режиме измерения.Режим калибровки предусмотрен длякомпенсации третьей гармоники в испытательном сигнале сигналом, сформированным для этой цели в соответствующих блоках устройства. Контроль компенсации сигналов осуществляют анапизатором 17 гармоник. Поскольку испытуемые объекты слабо нелинейны, тоуровень гармонических составляющих,в частности третьей, по которой определяют коэффициент нелинейности, испытательного сигнала должен бытьочень мал (100-110) дБ по сравнению суровнем первой гармоники. Генерирование синусоидального сигнала с малымуровнем в .армонических составляющихтребует специальных мер, направленных на усложнение конструкт генератора, В предлагаемом устройстве используются компенсирующие цепи, которые позволяют без усложнения конструкции генератора добиться необходи мого уровня подавления третьей гармоники в испытательном сигнале генератора 1, при этом необходимо превестиследующие операцьж. Ключ 16 замкнут,ключи 9 и 10 разомкнуты. С выхода генератора 1 испытательный сигнал поступает на первый вход сумматора 2. Свыхода сумматора 2 через аттенюатор14 и ключ 16 сигнал проходит на первый вход сумматора 13. Одновременно свыхода генератора 1 сигнал поступаетна вход умножителя 3 частоты на цва.С выхода умножителя 3 сигнал с удвоенной частотой испытательного сигналачерез фазовращатель 11, уравнивающийего по Фазе с испытательным сигналом.аттенюатор 12 поступает на второйвход сумматора 13. Суммируясь в сумматоре 13, указанные сигналы поступают на вход анализатора 17 гармоник,Перестраивая анализатор 17 гармоникс частоты первой гармоники на частотувторой гармоники испытательного сигнала и при этом используя его отсчетныеустройства, аттенюатором 14 устанавливают уровень первой гармоники, непревышающий его для испытуемого объекта 15, а аттенюатором 12 устанавливают амплитуду сигнала с умноженнойчастотой в ГЗ раз меньше амплитудыпервой гармоники испытательного сигнала: Суммирование испытательного,сигнала с сигналом удвоенной частотыс необходимой Фазой и амплитудой необходимо, чтобы устранить нелинейныеискажения испьпатепьного сигнала вниде третьей гармоники в нелинейныхцепях анализатора 17 гармоник, кото-:рые могут существенно влиять на глу-.бину компенсации третьей гармоникииспытательного сигнала. С выхоца умножителя 4 сигнал с утроенной частотой испытательного сигнала черезФазовращатель 5 и аттенюатор 6 поступает на второй вход сумматора 2, гдесуммируется с сигналом генератора 1,С выхода сумматора 2 суммарный сигнал через аттенюатор 14 и ключ 16 поступает на сумматор 13, где с нимсущд 7 р уется еще один сиг няп яна 3затор 17 гармоник перестраивают начастоту третьей гармоники испытательного сигнала. Изменяя Фазу Фазовращателем 5 и амплитуду аттенюатором 6(3) Ц,(Е) - 4 зп(ЗаЕ+д,). В ЦЭ 152561 сигнала с утроенной частотой испыта- тельного сигнала, добиваются компенсации этим сигналом третьей гармоники испытательного сигнала. Контроль компенсации осуществляют анализатором 17 гармоник. На этом операции по компенсации третьей гармоники в испытательном сигнале заканчиваются. Далее ключ 10 замыкают, ключ 16 размыкают, 1 О анализатор 17 гармоник перестраивают на частоту второй гармоники испытательного сигнала, с выхода умножителя 3 частоты сигнал с удвоенной частотой испытательного сигнала через 15 ключ 10, аттенюатор 14, испытуемый объект 15 поступает на первый вход сумматора 13, на второй вход сумматора 13 через фазовращатель 11 и аттенюатор 12 так же поступает сигнал с 20 выхода умножителя 3 частоты. Суммируясь в сумматоре 13, указанные сигналы поступают на вход анализатора 17 гармоник. Изменяя Фазу Фазовращателем 11 и амплитуду аттенюатором 12 25 сигнала, поступающего на второй вход сумматора 13, добиваются компенсации суммнрующихся сигналов на выходе сумматора 13. Контроль компенсации осуществляют анализатором 17 гармоник. 30 Далее Фазовращателем 11 устанавливают сдвиг Фазы сигнала относительно фазы исходного сигнала, при котором произошла компенсация сигналов в и, Ключ 10 размыкают. Перестраивая анализатор 17 гармоник с частоты первой гармони.ки на частоту второй гармоники испытательного сигнала и при этом используя его отсчетные устройства, аттенюатором 12 устанавливают амплитуду сигна ла на частоте второй гармоники в 13 раз меньше амплитуды первой гармоники испытательного сигнала. указанные операции необходимо производить каждый 1раз при смене испытуемых объектов, 45 если они имеют различные амплитудно и Фазочастотные характеристики.Ключ 9 замыкают. Сигнал с устроенной частотой испытательного сигнала с выхода умножителя частоты через Фазовращатель 7, образцовый аттенюатор 8 и ключ 9 поступает на третий вход сумматора 2, с выхода сумматора 2 через аттенюатор 14, испытуемый объект. 15 и сумматор 13 сигнал с ут роенной частотой поступает на вход анализатора 17 гармоник. Анализатор гармоник настраивают на частоту этого сигнала, и с помощью отсчетных устройств отмечают его уровень,.В режиме измерения с выхода генератора 1 испытательный сигнал, состоящий из двух гармоник (для простоты ограничимся первой и третьей гармониками), поступает на первый вход сумматора 2 Ц(Е) = Ц зжЯЕ+Ц здп(ЗУЕ+ где Ц Ц - амплитуды 1-й и 3-й гар Фмоники испытательногосигнала;Я - круговая частота,Ч" - начальная фаза третьейгармоники.Причем Ц,м Ц. Начальную фазу первой гармоники принимаем равной нулю. Сигнал (1) с генератора 1 поступает также на вход умножителя частоты 4 на три, Благодаря кубической вольтамперной характеристике нелинейного элемента, входящего в состав умножителя частоты, 1 = В Цэ с известным й и с уче1том того, что ЦЦ, на его выходе образуется сигнал утроенной частоты. При переходе от выражения для тока к выражению для напряжения этот сигнал можно представчть в виде Ц (Е) = -- В Цз зпЗЯЕ,4 С выхода умножитепя частоты 4 сигнал (2) проходит фазовращатель 5 и преобретает фазу, противоположную Фазе третьей гармоники сигнала (1), далее проходит аттенюатор 6 и уравнивается по амплитуде с той же третьей гармоникой сигнала (1). При суммировании сигналов (1) и (2) на выходе сумматора 2 происходит компенсация третьей гармоники сигнала (1)Необходимые фаза и амплитуда сигнала (2) устанавливается при калибровке устройства. С выхода умножителя 4 частоты сигнал (2) так же поступает на Фазовращатель 7, где преобретает фазу Я, далее поступает на аттенюатор 8 с установленным,кьзффициентом ослабления К=1 и через ключ 9 поступает на сумматор 2 в виде15256 12 В сумматоре 2 сигнал (1) без третьей гармоники суммируется с сигналом (3) и на выходе сумматора 2 появляется в виде ц,(с)ц з 3 пяс+ в в-зьп(ЗИс+с ),(4) ВЦ 9 4 КМС выхода объекта 15 сигнал (6) по- дается на первый вход сумматора 13, на второй вход сумматора 2 с выхода умножителя 3 частоты через фазовращатель 11 и аттенюатор 12 подается сигнал с удвоенной частотой испытательного сигналаС выхода сумматора 2 сигнал (4) через 10аттенюатор 14 поступает на испытуемый объект 15. В результате взаимодействия частотных составляющих сигнала (3) на нелинейности вольтамперной характеристики объекта 15 образуются комбинационные и нелинейные составляющие, в частности третья гармоника сигнала (4) самая значительная по уровню, по которой определяется коэффициент нелинейности объекта 15. 20 Остальными вновь возникшими частотными составляющими можно пренебречь, поскольку они гораздо ниже по уровню третьей гармоники и на точность измерения коэффициента нелинейности практическаго влияния не оказывают.Испытуемые объекты обычно слабонелинейны, поэтому уровень третьей гармоники, по которой определяется коэффициент нелинейности, может сос , тавлять от уровня первой гармоники(100-110) дБ. При взаимодействии пер" вой и третьей гармоник с таким соотношением уровней на нелинейности испытуемого объекта .могут возникать комбинационные и нелинейные искажения с уровнем не более 100 дБ от , уровня третьей гармоники. Такой уро"вень комбинационных искажений не может оказать практического влияния на 40точность уровня третьей гармоники.С учетом изложенного сигнал (4)на выходе испытуемого объекта 15 можно записать в видеВ Цэ45ц (С)=ц з 1 пЧс+ -- зь.п(ЗЯс+Ч,) +Х 14 К+ ц,зьп(Зюс+Ю,)Игде ц - амплитуда третьей гармони 3ки, возникшей после прохождения сигнала (4) объекта 15,Запишем выражение (5) в более общемвиде55 ц=ц ззпЯс+ц з 1 пЗис, (6)э юДпя простоты полагаем у, = 0 и ц =О.(7) Амплитуда и фаза сигнала (7) устанавливается при калибровке устройства.В сумматоре 13 сигналы (6) и (7) сум"мируются ц (с)=ц зпщ + в -зп 2 ос+ц зпЗИс.(8)Д ц + дцз В современных анализаторах гармоник динамический диапазон по гармоническим искажениям (80-90) дБ, т,е.уровень нелинейности вольтамперной характеристики незначителен. Подстав". ляя (8) в,(9) и переходя от выражения для тока к выражению для напряжения, получаем, что, поскольку анализатор 17 гармоник настроен на частоту ЗЯ, все частотные составляющие сигнала, не совпадающие с частотой ЗЯ, отфильтровываются и анализатор 17 гармоник индицирует только частотную состав- ляющую д цз ю з 1 пЗЯс=Ы - з 1 п(Зос+ )+ э 4 К 1(12) Изменяя фазовращателем 7 -а атц 8 цз тенюатоРом 8 - К пРи Цэ = -4 К- иф =можно добиться компенсапии третьей гармоники сигнала,Контроль компенсации осуществляют анализатором 17 гармоник. С выхода сумматора 13 сигнал (8) подается на вход анализатора 17 гармоник. Вольтамперная характеристика анализатора гармоник определяется вольтамперной характеристикой смесителябалансного типа, состоящего из двухвстречно параллельно включенных диода, и описывается полиномом третьейстепениформула изобретения Составитель И, Каменский Редактор Т,Парфенова Техред Л.Сердюкова Корректор Э.ЛончаковаЗаказ 7219/40 Тираж 714 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул, Гагарина, 101 9 1525 бКоэффициент нелинейности определя-юг из Формулы 1ц ццэ д"ц 2 К 11 201 д-" 201 д -=201 я в "2Ц 4 КЦ 4 К5 Произведение ВЦ 21 известно для предлагаемого устройства, поскольку из" вестно Ци 8 , изменяться можеттолько К (коэффициент деления образцового аттенюатора 8) в зависимости от величины К. Таким образом, уровень сигнала умножителя 4 частоты принят за уровень сигнала калибровки. 15 Устройство для измерения коэффици" ентов нелинейности, содержащее гене ратор испытательных сигналов, подключенный к первому входу сумматора, кпеммыдля подключения испытуемого объекта и анализатор гармоник, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с це лью повыщения точности измерений, в 12 10него дополнительно введены второй сумматор, умножитель частоты на два и на три, трифазоврацателя, три вспомогательных и один образцовый аттенюаторы, два ключа, причем выход генератора испытательных сигналов через последовательно соединенные умно- житель частоты на два, первый фазовращатель и первый аттенюатор подключен к первому входу второго сумматора, и через последовально соединенные умножитель частоты на три, второй фаэовращатель и второй аттенюатор к второму входу первого сумматора, выход умножителя частоты на три через третий фазовращатель, образцовый аттенюатор, первый ключ подключен к третьему входу первого сумматора, выход которого через третий аттенюатор и второй ключ подключен к второму входу второго сумматора, вход и выход второго ключа соединены с клеммами для подключения испытуемого объекта, выход второго сумматора соединен с входом анализатора гармоник.