3.5. Метод измерения м3 и м5

Принцип измерения коэффициентов комбинацион­ных составляющих М₃ и М₅ заключается в том, что на вход транзистора подается сигнал, состоящий из суммы двух синусоид равной амплитуды с близкими значениями частот, т. е.

U_BX=U₁sinw₁t+U₂sinw₂t (3.14)

На выходе транзистора, работающего при большом уровне мощности, спектр сигнала будет содержать раз­личные гармоники с частотами mw и nw₂ и их комбина­ционные составляющие mw₁+nw₂, где т и п прини­мают любые целые значения, начиная с нуля. Так как выходное согласующее устройство обладает узкополос-ной частотной характеристикой, то в нагрузку без из­менения пройдут лишь некоторые составляющие. Это будут прежде всего усиленные по мощности основные тона w₁ и w₂, а также комбинационные составляющие с частотами (1+1)w₁ — lw₂ и (l+1)w₂ — lw₁ где зна­чения l=1, 2, 3,... (Порядковый номер комбинацион­ных составляющих принято определять как 2l+1.) По­лоса пропускания согласующего устройства на выходе транзистора должна быть такой, чтобы соотношение амплитуд основных тонов и близких им по частоте комбинационных составляющих сохранялось в нагруз­ке таким же, как на выходе транзистора.

На рис. 3.5 показан пример спектра сигнала на входе транзистора, а на рис. 3.6 часть спектра выходно­го сигнала, прошедшая без изменений в нагрузку. На рис. 3.6 показаны только амплитуды комбинационных составляющих третьего, пятого, седьмого и девятого порядков. Их амплитуда достаточно быстро убывает с возрастанием порядкового номера, поэтому для оцен-

ки линейных свойств транзистора обычно достаточно измерить амплитуды наибольших из них, а именно третьего и пятого порядков.

Принцип измерения M₃ состоит в том, что после достижения требуемого уровня мощности Р_ВЫХ изме­ряется отношение наибольшей из двух амплитуд ком­бинационных частот 2w₁ — w₂ и 2w₂ — w₁ к амплитуде основных тонов U (см. рис. 3.6). Выражение для опре­деления М₃ (в децибелах) имеет вид

Рис. 3.5. Спектр сигнала на входе транзистора

Рис. 3.6. Часть спектра сигна­ла в нагрузке

M₃=20 lg(U₃/U), (3.15)

а для m₅ M₅=20 lg(U₅/U). (3.16)

Стремясь получить минимальные значения величин М₃ и ms, изменяют элементы согласующих устройств, под­бирая соответствующие эквивалентные сопротивления на входе и выходе транзистора и, кроме того, меняя смещение входной цепи транзистора по постоянному току. Как правило, наилучший режим измерений соот­ветствует примерно равным значениям M_z и М₅ и зна­чительно меньшим значениям всех остальных состав­ляющих. Непременным условием измерения является поддержание постоянного уровня мощности сигнала в нагрузке.

Остановимся более подробно на допустимом диапа­зоне значений Aw = w₁ — w₂. Одно из преимуществ двухтонового метода измерений заключается в возмож­ности наблюдать на экране анализатора спектра одно­временно и основные тона, и их комбинационные со-

ставляющие, что значительно облегчает настройку из­мерительной системы. С этой точки зрения значение Лео должно быть достаточно малым по сравнению с поло­сой обзора анализаторов спектра, используемых в этом частотном диапазоне. Уменьшать Дсо целесообразно и по другой причине. Свойства транзистора усиливать сигнал изменяются с частотой. При значительном уве­личении А(о каждый тон может усиливаться по-разно­му, что не позволит сделать правильные выводы о ли­нейных свойствах транзистора.

Основным препятствием к уменьшению Асо является трудность построения двухтонового генератора с высо­кой стабильностью частоты каждого тона (см. § 3.10). Кроме того, не меньшую трудность при измерении пред­ставляет необходимость поддерживать равенство амп­литуд обоих тонов. Покажем, что произойдет, если при измерениях не выполняется условие (3.9). Как извест­но, нелинейный четырехполюсник, которым можно опи­сать поведение транзистора, может быть в первом при­ближении охарактеризован следующей зависимостью выходного напряжения от входного:

U_выз(t)=k_lU_BX(t)+k₂U²_вх(t)+...+k_nUⁿ_вх(t), (3.17)

где члены ряда убывают с возрастанием их порядко­вого номера.

Из формулы (3.17) с учетом выражения (3.14) мож­но получить формулы для определения амплитуд сим­метричных составляющих третьего и пятого порядков (если для простоты ограничиться числом п = 5):

Из формул (3.18) и (3.19) [а также (3.20) и (3.21)] следует, что при возрастании амплитуды какого-либо одного тона величина U_2w1-w2 перестанет быть равной U_2w2-w1, a величина U_3w1-2w2 нe будет равняться U_{3w2 -2со} . На практике это будет означать увеличение погрешности измерений комбинационных составляю­щих в спектре выходного сигнала (см. § 3.10).