Устройство для измерения токовых шумов резистивных структур в нч-диапазоне

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКОВЫХ ШУМОВ РЕЗИСТИВНЫХ СТРУКТУР В НЧ-ДИАПАЗОНЕ, содержащее генератор низкой частоты,входной блок, широкополосный усилитель, детектор, избирательный усилитель, синхродетектор и блок регистрации, причем входной блок соединен с широкополосным усилителем , выход детектора через избирательный усилитель и синхродетектор соединен с блоком регистрации, а выход генератора низкой частоты соединен с опорным входом синхроде тектора, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повьппения чувствительности, в него введены генератор высокой частоты, амплитудный модулятор и второй синхродетектор , причем первый выход генератора высокой частоты через амплит тудный модулятор соединен с входным блоком, второй выход генератора высокой частоты соединен с опорным входом второго синхродетектора, вто (Л рой выход генератора низкой частос ты соединен с управляющим входом ам-, плитудного модулятора, а выход широкополосного усилителя через второй синхродетектор соединен с входом детектора .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3673930/18-21 (22) 14.12.83 (46) 15,08.85.Бюл.й 30 (72) В.А.Белавин и М.В.Демидович (71) Казанский ордена Трудового

Красного Знамени и ордена Дружбы народов авиационный институт

А.Н.Туполева (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 257622, кл. G 01 R 27/02, 1965.

Авторское свидетельство СССР

Н- 200632, кл. С 01 R 27/02, 1952. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТОКОВЫХ ШУМОВ РЕЗИСТИВНЫХ СТРУКТУР

В НЧ-ДИАПАЗОНЕ, содержащее генератор низкой частоты, входной блок, широкополосный усилитель, детектор, избирательный усилитель, синхродетектор и блок регистрации, причем входной блок соединен с широкополосным усилителем, выход детектора через из„„SU„„1173345 A бирательный усилитель и синхродетектор соединен с блоком регистрации, а выход генератора низкой частоты соединен с опорным входом синхродетектора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения чувствительности, в него введены генератор высокой частоты, амплитудный модулятор и второй синхродетектор, причем первый выход генератора высокой частоты через ампли» тудный модулятор соединен с входным блоком, второй выход генератора высокой частоты соединен с опорным входом второго синхродетектора, второй выход генератора низкой частоты соединен с управляющим входом амплитудного модулятора, а выход широкополосного усилителя через второй синхродетектор соединен с входом детектора.

1173345

Изобретение относится к радиоиэмерительной технике и предназначено для создания высокочувствительных приборов, используемых для электрофпуктуационной диагностики. 5

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет расширения полосы частот измерения . токовых шумов в сторону нижних частот и повышение чувствительности.

На фиг. 1 приведена блок-схема . устройства; на фиг.2 — эквивалентная схема измеряемого резистора; на фиг.3 — спектры собственного Я "белого шума", собственного шума типа

Т/Е усилителя и спектры измеряемых шумов А/f, Устройство содержит генератор 1 высокой частоты, амплитудный модуля- 20 тор 2, генератор 3 низкой частоты, входной блок 4 с измеряемым резистором, широкополосный усилитель 5, второй синхродетектор 6, детектор 7, избирательный усилитель 8, первый 25 синхродетектор 9, блок 10 регистрации, Выход амплитудного модулятора 2 через входной блок 4, широкополосный 5 усилитель, второй синхродетек- M тор 6, детектор 7, избирательный усилитель 8 и первый синхродетектор

9 соединен с бпоком 10 .регистрации.

Первый выход генератора 1 высокой частоты соединен с входом амплитудного модулятора 2, а второй выход — с опорным входом второго синхродетектора 6.

Первый выход генератора 3 низкой частоты соединен с управляющим вхо" дом амплитудного модулятора 2, а второй выход — с опорным входом первого синхродетектора 9.

Устройство функционирует следующим образом. 45

Высокочастотный генератор 1 вырабатывает напряжение, которое в амплитудном модуляторе 2 модулируется по амплитуде с глубиной 1007-ным напряжением, вырабатываемым низко- 5О частотным генератором 3. Таким образом, на входной блок 4 подается модулирующее напряжение:

Пма* 11тп(1+э п ") э1п д" > (1) где Пма — мгновенное значение мо- 55 дулирующего напряжения;

U — амплитудное значение моП1 дулирующего напряжения, Входной блок 4 выполнен по мостовой схеме, в основе работы которого лежит тот факт, что при подаче любого напряжения в одну диагональ сбалансированного моста в другой диагонали оно отсутствует. Если в качестве трех резисторов моста применить, например, проволочные резисторы, которые, как известно, не обладают токовым шумом, а в качестве четвертого — измеряемый резистор, то при подаче модулирующего напряжения в одну диагональ сбалансированного моста в другой диагонали будет только напряжение токовых шумов. Основное назначение входного блока — осуществление бесконтактной модуляции токовых шумов измеряемого резистора и отделение их от модулирующего напряжения.

Покажем каким образом во входном блоке 4 осуществляется бесконтактная модуляция измеряемых токовых шумов резистора.

Эквивалентная схема резистора является достаточно сложной, но учитывая тот факт, что измерения проводятся на низких частотах, паразитной емкостью и индуктивностью можно пренебречь. Согласно фиг ° 2 R — номинальное сопротивление резистора, дК " его флуктуирующая часть. При протекании через резистор тока вида

Тмад Т о(I+sinQ t) sinu) t на нем создается падение напряжения е

uR eogR=3 Ro 5ingиt) Gina„t+ 3m gR x

"(" э 1 ) э1пи> или

11 (+э|п )э t+U Н51йя 1 ) х чЯ0 ц 1. () где U — падение напряжения на изR меряемом резисторе;

U, — составляющая напряжения на номинальном сопротивлении резистора;

Uù — шумовая составляющая напряжения на резисторе, т.е. токовые шумы резистора промодулированы по закону модулирующего напряжения П „ . Анализ(4 1покаэывает, что первое слагаемое не несет информации о токовых шумах резистора и поэтому устранено путем применения

S сФств м в где F<,F 6 (z) aa= s,(,-г„), (a)

40 диапазон частот измеререния токовых шумов резисторов

Ъ з 1173 мостовой схемы входного блока 4, т.е. осуществлена бесконтактная балансная модуляция измеряемого токового шума резистора н на выходе входного блока 4 имеем AM шумовой сигнал

" ш (t ) =U (I +s in „t) s inta„ t (5)

Ввщеленный во входном блоке 4 шумовой сигнал усиливается широкополосным усилителем 5 и детектируется в синхродетекторе 6. При этом реали- 10 эуется выигрыш в чувствительности и полоса частот измерения токовых шумов расширяется до инфранизкочастотного диапазона (фиг,3).

Спектральная плотность собствен- 15 ного шума широкополосного усилителя. приведенного к входу, описывается формулой

8 сю ств() = 8о + В/< где Sð †. спектральная плотность мощности собственного "белого шума" усилителя 5;

В/f- спектральная плотность мощности собственного шума типа 1/Г усилителя 5., приве- 25 денная к входу.

Вычислим дисперсии собственного шума широкополосного усилителя для прямого метода и переноса спектра, полагая частотные характеристики усилителей в обоих случаях идеальными.

В 2

С„= 5„„„Щ =5, (С,-Г„).ВЕ. «;/ „;

Eм+ Fâ

345 4 (так как шумом типа 1/f- на частотах выше единиц кГц можно пренебречь ), тогда выигрьпп в чувствительности составит

Fs

Ь

Sî Iâ и) о (в)

Необходимо отметить, что параметр не зависит от полосы частот измерения токового шума и полностью определяется шумовыми параметрами аппаратуры. Этот параметр имеет размерность частоты и с физической точки зрения является той частотой, на которой спектральные плотности мощностей "белого шума" и шума типа широкополосного усилителя равны между собой.

С физической точки зрения выигрыш в чувствительности получается эа счет переноса спектра измеряемых токовых шумов А/f из низкочастотной области, где собственные швы типа 1/f широкополосного усилителя принципиально велики, в высокочастотную, где собственные шумы широкополосного усилителя полностью onpetl

1 ° деляются белым шумом уровень кото1 рого значительно меньше шума А/f в соответствующей области (фиг.3 ).

После синхродетектора 6 шумовой сигнал детектируется в детекторе 7 и подается на избирательный усилитель 8, настроенный на частоту Я„, в котором осуществляется предварительная фильтрация, после чего от- . фильтрованная огибающая токовых шумов с частотойЯ поступает на синм хродетектор 9, в котором она пре- . образуется в сигнал постоянного тока и подается на регистрирующий блок 10.

yN-Fg yH Ум+Fg

Составитель О.Панчерников

Редактор А.Гулько Техред С.Мигунова Корректор С.Шекмар

Заказ 5047/45 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал !ГПП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4