Устройство для измерения коэффициента шума четырехполюсника

 

. УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦЙЕВТЙ ШУМА ЧБТЫРЕКПОЛЮСНИКА, содвржгидее эталонный источник шума, усилитель, выходом соединенный с входом квадратичного вольтметра, и переключатель , о т л и ч а ю щ те е с я тем, что, с целью повышения точности. измерений, в него введены аттенюатор, два конденсатора, второй переключатель и генератор шума, а эталонный . источник шума выполнен в виде двух , последовательно соединенных резисто ров, при этом вход усилителя соединен с одним из выводов резистора и с выводом первого конденсатора, второй вывод которого подключен к подвижному контакту первого переключателя , первый неподвижный контакт которого соединен с корпусом устройства, второй неподвижный контакт - с первым неподвижным контактом второго переключателя и с точкой вывода резисторов , второй вывод второго резистора иэ которых соединен с корпусом устройства, а третий неподвижный контакт - с первой входной клеммой устройства , вторая входная клемма которого через аттенюатор соединена с «i вторым неподвижным контактом второго. W j переключателя, подвижный контакт кЪто- ; рого рез второй конденсатор соединен с выходом генератора шума. со Т СО а со со f S / / г // нн //. т

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5н .G 01 R 29/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРИТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСИОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3421185/18-21 (22) 08. 04 ° 82 (46) 07.08.83. Бюл. 9 29 (72) А.Р. Виснап и А.Н. Цветков (53) 621.317.619(088.3). (56) 1. Жетерич Н.М. Генераторы шума.

М., Госэнергоиздат, 1961, с. 173-178.

2. Авторское свидетельство СССР

9 310201-,.кл. 0 .01 R 29/26 1969 (нрототин).. (54)(57). УС1РОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КО-. .ЭаЭИЦИКНтЪ ШУМА ЧвтЫРВХПОЛЮСНИКЪ содержашее эталонный источник шума, усилитель, выходом соединенный с sxo" дом квадратичного вольтметра, и переключатель, о т л и ч.а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены аттенюатор, два конденсатора, второй переключатель и генератор шума, а эталонный источник шума выполнен в виде двух

SUÄÄ 1033991 А последовательно соединенных резисто ров, при этом вход усилителя соединен с одним иэ выводов резистора и с выводом первого конденсатора, второй вывод которого подключен к подвижному контакту первого переключателя, первый неподвижный контакт кото" рого соединен с корпусоМ устройства, второй неподвижный контакт - с первым неподвижным контактом второго переключателя и с точкой вывода резисторов, второй вывод второго резистора-иэ которых соединен с корпусом устройства, а третий неподвижный контакт - с первой входной клеммой устройства, вторая входная клемма которого через аттенюатор соединена с у. вторым неподвижным контактом второго. переключателя, подвижный контакт кото-; рого через второй конденсатор соеди- нен с выходом генератора шума..1033991

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента шугла четырехполюсников.

Известно устройство для йзмерения коэффициента шума путем измерения отношения мощностей шумов на выходе испытуемого прибора при включенном и выключенном генераторе шума по методу удвоения мощности на выходе испытуемого прибора с применением калиб-. 10 рованного ослабителя и индикатор (1).

Недостатком данного устройства является низкая точность измерений изза необходимости калибровки генератора шума по выходной мощности и, из- .15 за погрешности калибровки ослабителя, непосредственно входящей в результат измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения ко->0 зффициента шума, содер>кащее,эталонный источник шума, усилитель, квадратичный .вольтметр, переключатель и реактивный элеглент, используемый в качестве входного сопротивления испыту- 25. емого четырехполюсника (2).

Усилитель с калибровочным резисто-. ром на входе подключается выходом к квадратичному вольтметру. По тепловым шумам сопротивления производится калибровка индикатора квадратичного вольтметра.

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения, так как собственные шумы усили- З5

|теля соизмеримы с калибровочными шумами и шумами испытуемого прибора.

Поэтому необходимо иметь возможно больший сигнал с калибровочных шумовых резисторов, что обеспечивается их большой величиной по номиналу при 40 заданной полосе частот и температуре.

Однако калибровочные резисторы шунтируются входным сопротивлением усилителя, которое практически ограничено величиной его активной и реактивной 45 составляющей. Использование на входе. испытуемого прибора подборочной емкости для компенсации реактивной coc"" ,тавляющей сопротивления на частоте измерения приводит к невозможности 50 точного задания величины сопротивле,ния источника сигнала уже при сравни" тельно нешироких полосах частот ис"следуемого сигнала, что ограничивает применение данного устройства весьма 55 узкополосными измерениями, особенно в области низких частот.

Цель изобретения - повышение точности измерений, Указанная цель достигается тем, 60 что в устройство для измерения коэф" фициента шума четырехполюсника, ao" держащее эталонный источник шума, усилитель, выходом соединенный с входом квадратичного вольтметРа, и пере,g5 ключатель, вв едены аттенюатор,,цва конденсатора, второй переключатель и генератор шума, а эталонный источник шума выполнен в виде двух последовательно соединенных резисторов, при этом вход усилителя соединен с одним из выводов резистора и с выводом первого конденсатора, второй вывод которого подключен к подвижному контакту первого переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с корпусом устройства, второй неподвижный контакт - с первым неподвижным контактом второго переключателя и с точкой вывода резисторов, второй вывод второго резистора из которых соединен с корпусом устройства, а третий неподвижный контакт — с первой входной клеммой устройства вторая входная клемма которого через аттенюатор соединена с вторым неподвижным контактом-второго переключателя, подвижный контакт которого че,рез второй конденсатор соединен с выходом генератора шума.

На чертеже приведена блок-схема ,ус тройс тв а .

Устрсйство содержит усилитель 1, квадратичный полосовой вольтметр 2, эталонный источник 3 шума, выполнейный в виде двух последовательно соединенных резисторов 4 и 5, первый переключатель 6, испытуемый четырехполюсник 7, генератор 8 шума, второй переключатель 9, аттенюатор 10 и вход" ные клеммы 11 и 12. Конденсаторы 13 и 14 предназначены для разделения цепей по постоянному току.

Перед началом работы проводится калибровка устройства, цель которойопределение собственных шумов усилителя, проверка входного сопротивления усилителя и калибровка генератора шума. Сначала переключатели 6 и 9 ставятся в положение Ф и вход усилителя замыкается по переменному сигналу через емкость 13 на корпус. Квадратичный вольтметр измеряет собствен" ные шумы усилителя и шумы вольтметра.

При этом собственные шумы усилителя и вольтметра могут быть скомпенсиро" ваны любым известным способом. Поэтому можно считать, что, в данном случае, квадратичный вольтметр установлен на нулевое значение. атем пере:ключатель 6 переводится в положение ф подключая на вхсщ усилителя эталонный источник шума его среднее дей ствующее значение определяется по формуле

I,(1+«1»+ СРЕДНЕЕ ЭффЕКтнвНОе Значение шумового напряжениями

- постоянная Больцмаиа (М

1«381 1023Пж/к)р

1033991

Т вЂ” абсолютная температура эталонного источника шума; (Ry) — суммарное значение сопротивлений последовательно соединенных резисторов 4 и 5 эта" лонного источника шума 5

ДЕ - эффективная шумовая полоса.

На вход усилителя поступает напряжение, определяемое коэффициентом деления, состоящего из входного сопротивления усилителя В =„и внутреннего 30 сопротивления эталонйого источника шума, равного R. +Б

4%Taf {И+ й2) К

М= — =

Р1

Р2 йзх 2

Ку 4%ТьЕ R1

R +R1 х ( где ПВХ1. среднее эФфективное значение напряжения эталонного . 20 источника шума, поступающее на вход усилителя

В - входное сопротивление усилиВЯ ю теля для шумового сигнала.

Квадратичный вольтметр в данном 25 случае измерит величину, определяемую формулой

ЗО

35 ,где Pl - показание квадратичного вольтметра;

К - - коэффициент усиления. . Затем переключатель б переводится

1 ! в положение В.,При этом резистор 5 4О . шунтирувтся емкостью 13, напряжение, шумов эталонного шума определяется только шумами резистора 4i о,= 6»»»й . . 45 !, шэ2

"» УД-ЯР, в»й Re»+R4 противления генератора сигнала R u

50 . собственных шуман 0ш измеряемого че-, R „2

Р2=g . к + к1 е среднее эффективное напря-: 55 жение шумового сигнала, создаваемого резистором 4 эталонного источника шумау среднее эффективное значе..нив напряжения шума резис- бп тора 4 эталонного источйика шума, поступающее на вход усилителя; показание квадратичного вольтметра. б5,где Циз2 где К .,— коэффициент усиления системы с измеряемым четырехпоmocником

Затем переключатель 9 переводится в положение 8 . При этом к выходу ге" нератора 8 подключен вход аттвнюатора 10, предназначенного для режима по выходному сопротивлению генератора сигнала R для измеряемого четы-, ЬХ1

Р2

g R

ex - Sx

Q =(Я о м ! bX1 шЭ1R +R1+Р2 R +R1+R2

Вм sx (Bx

Р " У ВХ1 ф + Р1+й2 ! ВМ

R „2.

4М»»К!R1+Й2), У R +@1+ R2

Вм

Отношение показаний квадратичного вольтметра н случаях О И В будет иметь вид (e» " ) Р +Рт

Величина N определяется только значениями сопротивлений эталонного источника шума R3 и R2 и входным сопротивлением усилителя R . Поэтому, контролируя величину 0, можно контролировать значение входного сопротивления усилителя RS/IIo выбранным значениям к1 и В2 и в случае необходимости подстраивать .его.

Таким образом, учитывается влияние входного сопротивления усилителя при калибровке эталонного источника шума.

Затем перенодят переключатель 9 в положение о . Установив изменением выходного напряжения генератора шума показания квадратичного нольтметра опять равным Pl получим сигнал на . входе усилителя равным U>x1 .. При этом калибруемый генератор оказывается откалиброванным, по тепловым шу(мам эталонного источника шума с учетом его шунтирования входным сопротивлением усилителя. На этом. калибровка устройстна заканчивается. Процесс измерения коэффициента шума происходит следующим образом. Переключатель 6 ставится н. положение ъ, при этом эталонный .источник 3 шума совместно с входным сопротивлением усилителя представляет собой нагрузку для измеряемого четырехполюс ника. Устанавливают режим четырехполюсника по постоянному току. Затем в положении М переключателя 9 произнодится отсчет показания P 3 кнадратичного вольтметра, которое определяется совместным действием тепловых шуман выходного сотырехпалюс н ик а .

Показание вольтметра будет пропорйионально..квадрату их,напряжений:

РВ= 4kT>P Rс+ 0шс ут

1033991 итак юо, к„- мтл 9 ++u

С/ lu С Ш 8ЬИ

С 8ЫХ/ М 8ЫХ W С &ЫХ где К>

Р— коэффициент шума/ 40 — мощность сигнала на входе измеряемого прибора;

- мощность шума на входе измеряемого прибора, wP

Составитель Л.Муранов

Редактор В.Пилипенко ТехредЖ.Кастелевич Корректор.О. Билак. е е °

Заказ 5619/49 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам:,: изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП ™Патент, r".Óæãîðîä, ул.Проектная, 4 рехполюсника 7 и ослаблению выходного сигнала калибруемого генератора 8 шума У@ до уровня О,соответствующего тепловым шумам выходного сопротивления,генератора сигнала для измеряемого четырехполюсника. Величина Н

5 оговорена в документации на конкрет« ный тип четырехполюсника. При этом коэффициент деления калиброванного аттенюатора 10 может быть определен в виде

p ЛОГ(В1

Ш2 ЬХ Я т а, вх Ю+ R2 ах . + 2 ,!

Значение 1/ принимается равным 1/8х,,, 70 что обеспечено в процессе ранее про веденной калибровки устройства. Таким образом, к напряжению тепловых шумов резистора добавляется точно такая же величина, т.е. на входе четы- 25 рехполюсника имеем генератор сигнала с выходным сопротивлением К, соз". дающий шумовой сигнал, эквивалентный тепловым шумам сопротивления величи,ной 2В .,Показания Р 4 квадратичного вольтметра будут иметь вид:

P4= 4t74f ZRñ+U2с К

Коэффициент шума может. быть вычислен ,из следующего отношения: 35

Р - мощность сигнала на выхо с. зыХ .де измеряемого прибора;

P. — мощность шума на выходе ш. Ьых измеряемого прибора.

В рассматриваемом случае мощности

Сигнала Р Н шума Рш на входе равны, им соответствует величина4 Т ЕЙ мощности сигнала на выходе Р,„со" ответствует величина МтаурсИ„Юггде К,-. коэффициент усиления измеряемого прйбора по мощности/ мощность шума .на выходе Рш 8,„ определяется величиной (НтдЮ +О 2 ) К . Подставив Эти величины в формулу коэффициент шума, имеем:

4 " Rc+ 1 шс

ИстМ я.

Пров едя преобразования, получим: р

41стдЕR +02

4 КТ4ЕР + 4 ТЛЮс+ / с — МТМРс+U®

4 К™R ""Вшс (Фюау 2Р+0 )-(4 тае 0 )

4 ТдЮ,+О „, К„, Из формулы видно, что Входящие в нее величины содержат значения РЗ и Р4 квадратичного вольтметра. В результа1 те непосредственный отсчет значения коэффициента. шума измеряемого четырехполюсника производится по двум замерам РЗ и Р4 квадратичного вольтметра, шкала которого отградуирована в. соответствии с формулой К ш Р4- Р3

Погрешность измерения коэффициента шума составляет 0,25 дБ,