32. Измерение мощности методом с использованием эффекта «горячих» носителей тока.
В
полупроводниковых элементах, помещенных
в сильное электрическое поле, заметно
разогреваются носители тока, и этот
эффект может быть использован для
измерения СВЧ мощности. Если использовать
полупроводниковый элемент с точечным
невыпрямляющим контактом, то разогрев
носителей в области контакта оказывается
неоднородным. Вследствие этого на
потенциальном барьере перехода
металл-полупроводник возникает ЭДС,
которую условно называют термоЭДС
«горячих» носителей. В качестве точечного
невыпрямляющего контакта используется
резкий р-р+-переход антизапорного типа
на кристалле германия р-типа, термоЭДС
которого в определенном интервале
уровней мощности прямо пропорциональна
.
Чувствительность такого преобразователя
зависит от удельного сопротивления
германия, размеров контакта, его формы,
высоты потенциального барьера и некоторых
других констант. Для малых размеров
контакта концентрация электрического
поля высока даже при относительно малой
поглощаемой мощности. Благодаря этому
ваттметры, использующие эффект «горячих»
носителей тока, аналогичны по
чувствительности болометрическим
(термисторным) и термоэлектрическим
ваттметрам. За счет малого времени
релаксации носителей тока появляется
возможность прямо измерять
при длительности импульсов до 0,1 мкс.
Конструктивно преобразователи ваттметров представляют собой головки на П-образном волноводе с размещением полупроводникового элемента по аналогии с волноводными болометрическими (термисторными) головками. Отличительной особенностью их является большое выходное сопротивление по постоянному току (более 3 кОм). Поэтому возникает необходимость согласования в широком диапазоне частот, и в практических конструкциях преобразователей вместо оконечной короткозамыкающей заглушки устанавливается согласованная нагрузка. Кроме того, преобразователь имеет заметный температурный дрейф коэффициента преобразования, и для его компенсации применяется дополнительный делитель выходного напряжения с терморезистором.
Измерительное
устройство ваттметров, использующих
эффект «горячих» носителей тока, является
комбинированным и в режиме измерения
представляет собой вольтметр постоянного
тока, а в режиме измерения
– пиковый вольтметр, в котором
предусмотрена калибровка коэффициента
усиления. Параметры преобразователя и
вольтметра определяют погрешность
ваттметра, которая находится в пределах
± (15...25) %.
33. Многоканальный осциллограф.
Как уже указывалось, многоканальность осциллографа может быть достигнута применением (а в необходимых случаях и сочетанием) многолучевых ЭЛТ и коммутатора каналов Y. Структурная схема многолучевых осциллографов не имеет принципиальных особенностей по сравнению со схемой универсального осциллографа (рисунок 6.2).
Отличие, например, двухлучевого осциллографа, состоит в том, что он имеет два одинаковых канала Y и специальную двухлучевую ЭЛТ, в которой есть две электронные независимые пушки и две системы отклоняющих пластин. Горизонтальная развертка лучей общая от одного генератора развертки, а вертикальная – каждая от своего канала Y. Это позволяет наблюдать на экране ЭЛТ осциллограммы обоих сигналов. Можно увеличить число каналов, увеличив соответственно число лучей ЭЛТ и каналов Y. Такие осциллографы намного сложнее схематически и дороже многоканальных осциллографов с коммутацией каналов. Поэтому современные многоканальные осциллографы, как правило, осуществляют переключение каналов с помощью электронного коммутатора (ЭК).
Структурная схема двухканального осциллографа с электронным коммутатором имеет следующий вид (рисунок 6.5):
Рисунок 6.5 – Структурная схема двухканального осциллографа с ЭК
Как видно из рисунка 6.5, с помощью ЭК осуществляется поочередная подача сигналов со входов Y1 и Y2 на пластины Y ЭЛТ, чем и достигается эффект многоканальности. При этом управлять работой ЭК можно по-разному и за счет этого реализовать следующие типовые режимы работы многоканального осциллографа:
Y1 или Y2 – на экране ЭЛТ наблюдается только один сигнал, соответствующий входу Y1 или Y2 (осциллограф работает как одноканальный);
Y1
Y2
– режим алгебраического суммирования
входных сигналов, позволяющий исследовать
форму результирующего сигнала либо
компенсировать постоянную составляющую
сигнала на входе Y1
подавая компенсирующее постоянное
напряжение на вход Y2;поочередное изображение, когда на экране ЭЛТ наблюдаются оба исследуемых сигнала, а коммутация каналов осуществляется после каждого прямого хода развертки, то есть с частотой развертки;
прерывистое изображение, когда на экране ЭЛТ также наблюдаются оба исследуемых сигнала, но коммутация каналов осуществляется с некоторой постоянной частотой (например, 100 кГц) независимо от частоты развертки.
Развертка осциллографа может запускаться сигналами с предварительных УВО1 или УВО2, а также суммарным сигналом с выхода ЭК. Все это позволяет четко воспроизводить осциллограммы исследуемых сигналов во всех указанных режимах работы. Кроме того, в многоканальных осциллографах практикуют применение задержанной и смешанной разверток, что дает основание считать многоканальные осциллографы обладающими исключительными возможностями в отношении универсальности. Осциллограф с ЭК позволяет сравнивать периодические сигналы при практически полной идентичности каналов (учитывая некоторый разброс характеристик ВУ и ПУ), но яркость изображения снижается при этом пропорционально числу каналов.
В заключение отметим, что многоканальные осциллографы характеризуются такими специфическими дополнительными параметрами, как коэффициент развязки между каналами, позволяющий оценить степень подавления взаимодействия Y1 и Y2, и несинхронность разверток, определяющая при наличии разных разверток смещение изображения сигналов на этих развертках при совмещении начала их. На основе этого принципа строят многоканальные осциллографы с числом каналов до 8.