Устройство для измерения параметров матрицы @ -проводимости четырехполюсника

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МАТРИЦЫ у-ПРОВОДИМОСТИ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА, содержащее держатель четырехполюсника, генератор сигналов и измеритель полных сопротивлений , отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений на сверхвысоких частота, в него введены два калиброванных переменных комплексных сопротивления , индикатор мощности и четыре коммутатора, при этом первый неподвижньй контакт первого коммутатора соединен с выходом генератора сигналов, второй неподвижный контакт первого KONwyTaTopa через первое калиброванное переменное комплексное сопротивление соединен с общей шиной устройства, подвижный контакт первого коммутатора соединен с первыми неподвижными контактами второго и третьего коммутаторов, второй неподвижный контакт последнего соединен с вторьв4 неподвижным контактом второго коммутатора и с подвижным контактом четвертого коммутатора, подвижный контакт второго коммутатора соединен с первой клеммой держателя четырехполюсника, вторая клемма которого соединена с подвижным контактом третьего коммутатора, третья и четвертая клеммы держателя четырехполюсника через второе калиброванное переменное комплексное сопротивление соединены с общей шиной устройства, первый неподвижный контакт четвертого коммутатора соединен с входом индикатора мощности а второй неподвижный контакт - с входом измерителя полньк сопротивлений.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ШИ МОИ

РЕСПУБЛИК аа m) C 0t R 27/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н авто скому свиддтюьствм

ГОСУДАРСТВЕННЬЮ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3487978/18-21 (22) 19.08.82 (46) 30.05.84. Бюл. к- 20 (72) Н.А. Филинюк (53) 621.3t7.612 (088.8) (56) t.,Практикум по полупроводникам и полупроводниковым приборам. Под ред. К,В.. Шалимовой. M., "Высшая школа", 1968, с. 280.

2. Транзисторы. Параметры, методы измерений и испытаний. Под ред. И.Г. Бергельсона, Ю.А. Каменец. кого,,И.Ф. Николаевского, М., "Сов. радио", 1968, с. t28-132 (прототип) . (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ МАТРИЦЫ.у-ПРОВОДИМОСТИ

ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА, содержащее держатель четырехполюсника, генератор сигналов и измеритель полных сопротивлений, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений на сверхвысоких частота ф, в него введены два калиброванных переменных комплексных сопротивления, индикатор мощности и четыре коммутатора, при этом первый неподвижный контакт первого коммутатора соединен с выходом генератора сигналов, второй неподвижный контакт первого коммутатора через первое калиброванное переменное комплексное сопротивление соединен с общей шиной устройства, подвижный контакт первого коммутатора соединен с первыми неподвижными контактами второго и третьего коммутаторов, второй неподвижный контакт последнего соединен с вторым неподвижным контактом второго коммутатора и с подвижным контактом четвертого коммутатора, подвижный контакт второго коммутатора соединен с первой клеммой держателя Э четырехполюсника, вторая клемма которого соединена с подвижным контактом третьего коммутатора, третья и четвертая клеммы держателя четырехполюсника через второе калиброванное пере- Я менное комплексное сопротивление соединены с общей шиной устройства, первый неподвижный контакт четвертого коммутатора соединен с входом индикатора мощности, а второй неподвижный контакт — с входом измерителя полных сопротивлений.

1095102

2. Устройство для измеренйя параметров матрицы -проводимости четырехполюсника по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, калиброванное переменное комплексное сопротивление

2 комплексных сопротивления, индикатор мощности и четыре коммутатора, при этом первый неподвижный контакт первого коммутатора соединен с выходом генератора сигналов, второй неподвижный контакт первого коммутатора через первое калиброванное переменное комплексное сопротивление соеди" нен с общей шиной устройства, подвижный контакт первого коммутатора соединен с первыми неподвижными контактами второго и третьего коммутаторов, второй неподвижный контакт !

5 последнего соединен с вторым неподвижным контактом второго коммутатора и с подвижным контактом четвертого коммутатора, подвижный контакт второго коммутатора соединен с первой клеммой держателя четырехпо20 люсника, вторая клемма которого соединена с подвижным контактом третьего коммутатора, третья и четвертая клеммы держателя четырех25 полюсника через второе калиброванное переменное комплексное сопротивление соединены с общей шиной устройства, первый неподвижный контакт четвертого коммутатора соединен с входом индикатора мощности, а второй неподвижный контакт — с входом измерителя полных сопротивлений.

При этом калиброванное переменное комплексное сопротивление выполнено в виде регулируемого проходного фазовращателя, между выходными клеммами которого подключено регулируемое и активное сопротивление.

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров матрицы проводимостей как пассивных, так и активных четырехполюсников, в том числе биполярных и полевых транзисторов на СВЧ.

Известно устройство для измерения параметров матрицы У-проводимости четырехполюсника, содержащее вольтметр и амперметр (1) .

Недостатком этого устройства является невозможность измерений токов и напряжений на сверхвысоких частотах.

Наиболее близким техническим ре- шением к предложенному является устройство для измерения параметров матрицы проводимости четырехполюсника, состоящее из держателя четырехполюсника, генератора сигналов и измерителя полных сопротивлений (2).

Недостатком данного устройства является большая погрешность измерений, обусловленная невозможностью создания качественных режимов холос" того хода или короткого замыкания иэ-за влияния иидуктивностей выводов. Так, погрешность измерения на частоте б0 МГц Rey<<> — действительной составляющей проводимости—

207, а погрешность измерения реактивной составляющей проводимости

3„,Я 507. С увеличением частоты погрешности измерений возрастают.

Цель изобретения - повышение точности измерений на сверхвысоких частотах.

Цель достигается тем, что в устройство для измерения параметров матрицы -проводимости четырехполюсника, содержащее держатель четырехполюсника, генератор сигналов и измеритель полных сопротивлений, введены два калиброванных переменных выполнено в виде регулируемого проходного фазовращателя, между выходными клеммами которого подключено регулируемое активное сопротивление.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства, на фиг.2 — схема выполнения калиброванного переменного комплексного сопротивления, на фиг.3 — - зависимости входной проводимости четырехполюсника от проводимости нагрузки на фиг.4 — зависимость выходной проводимости че1095102 тырехполюсника от реактивной проводимости генератора.

Устройство состоит (фиг. 1) из держателя 1 четырехполюсника, генератора 2 сигналов, измерителя 3 полных сопротивлений и общей шины 4.

В него введены два калиброванных переменных комплексных сопротивления 5 и 6, индикатор 7 мощности и четыре коммутатора 8-11, причем пер- 1О вый неподвижный контакт 12 первого коммутатора 8 соединен с генератором 2, второй неподвижный контакт

13 через первое калиброванное переменное комплексное сопротивление 15

5 — с общей шиной 4, а подвижный контакт 14 — с первым неподвижным контактом 15 второго коммутатора 9 и с первым неподвижным контактом

16 третьего коммутатора 10, второй 2О неподвижный контакт 17 второго коммутатора 9 соединен с вторым неподвижным контактом 18 третьего коммутатора 10 и подвижным контактом 19 четвертого коммутатора 11, подвижный 25 контакт 20 второго коммутатора 9 — с, первой клеммой 21 держателя 1 четырехполюсника, подвижный контакт 22третьего коммутатора 10 — с второй ,клеммой 23 держателя 1 четырехпо- gp люсника, третья 24 и четвертая 25 клеммы держателя 1 четырехполюсника соединены вместе и через второе калиброванное комплексное сопротивление 6 — с общей шиной 4, первый не35 подвижный контакт 26 четвертого т коммутатора 11 соединен с входом индикатора 7 мощности, а его второй неподвижный контакт 27 — с входом измерителя 3 полных сопротивлений.

В качестве калиброванного переменного комплексного сопротивления 5 и 6 используется комплексное сопротивление между выходными клеммами

РегулиРуемого проходного фазовра- 45 щателя 28, к входным клеммам кото рого подключено регулируемое активное сопротивление 29.

В основе работы устройства лежат свойства четырехполюсника, в соответствии с которыми, во-первых, зависимость его вхоДной 1в„ и выходной ч проводимости от реак. вых тивной проводимости соответственно нагрузки Э w и генератора З „з

I п н представляет окружности (фиг.3) с радиусами у у еч22

2 !

Ъ ч вх 2 (ечгг+ е „)

1 „гчг„! вых 2 йе ч„., и координатами центров вь,„о- Res >-(е ч12ч,„у2яеч.„; (a1 ч У1 ч12 ч22 У2 мые параметры матрицы проводимости четырехполюсника, Re ч 1 — активная составляющая проводймости нагрузки.

Решение системы уравнений (1-7) позволяет найти параметры четырехполюсника „„ и ч, если известны координаты центров и радиусы окружности

Re 22= 9вх е" (4х Рв„); ®

1А 11 ТО SXO

22 3 у =3 ОŠ—" щ 22 mmâbõ Ree311 выхо

Во-вторых, если две клеммы четырехполюсника соединить вместе (образуется трехполюсник) и между ними и общей шиной включить комплексные сопротивления ZZIто элементы матрицы проводимости вновь образованного четырехполюсиика становятся равными

1 2 И

2 zz+2z си Y

22 (+2г ;

1095102

У12- 22 а У

1Г1+Z Ху

24 2

21 1+Z X. 3

2 где

Д М У (522 У 42 24 2 24

+1 22 42 24

25

40

Sa

-2

2 6Х 2 ВЬ(Х

55

Если комплексное сопротивление в общем проводе Е, подобрать таким образом, чтобы npq Z, Е," выполнялось

15 равенство

У = ЛУ, («): тогда выражение (14) принимает вид

Y О, а входная проводимость вновь образованного. четырехполюсника становится равной

Если комплексное сопротивление в общем проводе Z подобрать таким

Образом. чтобы при Z, =Z2 выполня,лось равенство

У24 г 41У, (®8) тогда выражение (15) принимает вид 2„ 0, а выходная проводимость вновь образованного четырехполюсника становится равной

М 24 бых 22 у + у

11 Г

Взяв отножение (12) к (13)

УИ Z2П (2Ol

22 22 2 У зная из эксперимента

Z2» ех и - е„ц„ из (20) находим определением подставляя значение которого в .(16) и (18), находим проводимости прямой и обратной передачи четырехполюсника.

Устройство работает следующим образом.

В держатель 1 четырехполюсника устанавливается измеряемый четырехполюсник таким образом, чтобы входные клеммы четырехполюсника были подключены к клеммам 21 и 25 держателя l, а выходные клеммы четырех" .полюсиика — к клеммам 23 и 24 держателя четурехполюсника.

В первом коммутаторе 8 соединяются контакты 13 и 14, во втором коммутаторе 9 — 15 и 20, в третьем коммутаторе 10 — 22 и 18, в четвертом коммутаторе 11 — 19 и 27.

Величина второго калиброванного переменного комплексного сопротивления 6 устанавливается равной нулю, Величина первого калиброванного переменного комплексного сопротивления

5 устанавливается чисто реактивной

2„= 1 Э„,Z„, Re Z„=O и производится иэмеренйе выходной проводимости четырехполюсника между клеммами 23 и 24 с помощью измерителя 3 полных сопротивлений. Затем изменяется .величина комплексного сопротивления 5 Z j3 - " и опять производятся измерения выходной проводимости четырехполюсника. Затем устанавливают третье произвольное значение комплексного сопротивления 5Z„=j3 Z " и опять производят изме1 рения выходной проводимости четырехполюсника. По трем значениям измеренной выходной проводимости четырехполюсника на комплексной плоскости строится окружность его выходной проводимости в зависимости от реактивного сопротивления генератора. Из графика (фиг.4) определяются координаты центра ReY

О еых

3 Y и радиус ОВ окружности у (эти значения по результатам измерений можно также получить аналитическим путем).

Затем во втором коммутаторе 9 соединяются контакты 17 и 20, а в третьем коммутаторе 10 — 22 и 16.В результате первое калиброванное переменное комплексное сопротивление

5 оказывается включенным параллельно выходу четырехполюсника, а измеритель 3 полных сопротивлений оказы" вается подключенным к входу четырехполюсника. В этом режиме,задаваясь тремя различными реактивными значениям Эту„ д2 „, Э.,г 1 Реу„.-о первого калиброванного переменного комплексного сопротивления 5, измеряют входную проводимость четырехполюсника и по измеренным значе1095102

p+jz pl

=Z . (1.д. 0 20+11 +

50 ниям на комплексной плоскости строят окружность, определяющую зависимость входной проводимости четырехполюеника от изменения реактивной проводимости нагрузки. При отсутствии активных потерь в ней Re 2„= 0 (фиг.3) . Из графика (фиг.3) определяют координаты центра Re Yo вх З„о У о вх и радиус окружности р вх.

Затем изменяют первое калиброванное переменное комплексное сопротивление 5.таким образом, чтобы оно обладало активной проводимостью

Y=Pe („ +12 „ и „изменяя реактивную составляющую этой проводимости,из\ меряют три значения входной проводимости четырехполюсника и строят. окружность, определяющую зависимость входной проводимости четырехполюсника от изменения реактивной проводимости генератора при известной Re%„ активной проводимости генератора (фиг.3). Иэ этого графика определяют радиус окружности

Затем в первом коммутаторе 8 соединяют контакт 12 и шину 4, а в четвертом коммутаторе 11 — контакты 19 и 26. В результате сигнал генератора 2 подается на выход четырехполюсника, а к его входу

-оказывается подкл!оченным индикатор 7 мощности. В этом режиме изменяют значение второго калиброванного переменного комплексного сопротивления 6 до величины Z . Если ! показания индикатора 7 мощности равны нулю, это свидетельствует о равенстве нулю проводимости обратной передачи вновь образованного четырехполюсника (!„ =0) .

При этом значении Z, комплексно-. го сопр! !тивления 6 в четвертом коммутаторе 11 соединяют контакты 19 и 27, а затем измеряют с помощью измерителя 3 полных сопротивлений входную проводимость че-.ырехполюсYâõ

Затем в первом коммутаторе 8 соединяют контакты 12 и 14, во втором коммутаторе 9 — 18 и 22, в четвертом коммутаторе 11 — 19 и 26. В этом режиме изменяют второе калиброванI ное сопротивление 6 до величины Z

1 при которой показания индикатора 7 мощности равны нулю, что свидетель ствует о равенстве нулю проводимости прямой передачи вновь образован5 ного четырахполюсника (! „ =О) .

При значении Е," комплексного сопротивления 6 в четвертоп коммутаторе 11 .соединяют контакты 19 и 27, а затем измеряют с помощью измерителя 3

10 полных сопротивлений выходную проводимость вновь образованного четырехполюсника Увь!„.

По результатам измерения входной

Увх H amcopnoA Y ь проводимостей

15 Вх

8ых четырехполюсника, определения радиус вх Р ых 9ьх ! о о вых окружностей проводимостй, а также значениям сопротивлений калиброванных нагрузок Re Y и Z, и Z," по формулам (8-11), (16) и (18) расс читываются параметры полной матрицы проводимости четырехполюсника.

Для создания калиброванного пере25

Менного комплексного сопротивления используется регулируемый проходной фазовращатель 28, на выходе которого включено регулируемое активное сопротивление 29. С помощью фазовращателя 28 изменяется электрическая длина pf (где р =2я / 3 3 — дли. на волны) отрезка линии передачи от .регулируемого активного сопротивления 29 до выходных клемм фазовраща35 теля, сопротивление между которыми зависит от величины R сопротивления

29 и электрической длины фазовращателя, в соответствии с известным выражением где Zо — волновое сопротивление фазовращателя.

Преимуществом такого калиброванного переменного сопротивления является возможность задания любого полного сопротивления на комплексной плоскости. Погрешности изб мерений -параметров как стандартных линий передачи, так и активного четырехполюсника не превышают 5,87..

1095102

j lrn Ye

ФигЗ

Составитель Л. Муранов

Техред N.Кастелевич КорректорЛ. Пилипенко

Редактор О. Колесникова

Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3588/21

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4