Электрорадиоизмерения (В. И. Винокуров) (554136), страница 44
Текст из файла (страница 44)
В качестве резистивных элементов практически используют болометры, сопротивление которых растет с повышением темпера- туры (положительный температурный коэффициент сопротивле. ния), и термисторы, сопротивление которых с ростом температуры падает. Основными характеристиками болометров и термисторов являются зависимость их сопротивления Я, и чувствительности П, от величины рассеиваемой мощности или температуры нагрева: )гт=,/ (Рс ч): (10.12) т),=дй,/дР =Ф(Рсвч).
(10.13) Б слом етр представляет собой стеклянный (вакуумный или наполненный инертным газом) баллон, в который впаяна тонкая металлическая нить. Для увеличения чувствительности нить вы- полнена из материала с высоким температурным коэффициентом сопротивления. Экспериментально установлено, что между сопро- тивлением болометра,(г, и мощностью Р, рассеиваемой на нем, существует следующая зависимость: й — Р, +аРь, где )т,— сопротивление болометра, на котором рассеивается мощ- ность Р, мВт; Рз — начальное сопротивление болометра, Ом; а, Ь— постоянные .коэффициенты, зависящие от материала и размеров нити болометра. Практически эта зависимость близка к квадратичной; и поэто- му ваттметры, использующие болометры, имеют линейную отсчетную шкалу. Чувствительность болометров определяет крутизна харак- теристики К,='((Р) в рабочей точке =аЬРг 1 д1~ (10.15) 'дР лежащая в пределах от 3 до 12 Ом/мВт.
Терм и стор о м называют терморезистор, изготовленный нз специального полупроводникового материала, обладающего большим отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Зависимость сопротивления термистора от температуры нагрева можно представить приближенным равенством /г — /( ет [1/г — 1/г~]„ (10.16) где Ло — сопротивление термистора при исходной температуре Тг, . 7' — тампература нагрева термистора, 'К, у — постоянный коэффициент. Применяют два типа термисторов: стержневой и бусинковый.
Термисторы стержневого типа обладают более высокой электрической прочностью и имеют относительно меньшее реактивное сопротивление. Термисторы бусинкового типа при прочих равных усло- 205 виях имеют меньшую поверхность охлаждения и поэтому обладают большей чувствительностью. Для получения высокой чувствительности рабочую точку термистора выбирают на участке с максимальной крутизной характеристики сст='1(Р). Выбор рабочей точки обеспечивается подогревом термистора током низкой частоты. Чувствительность термисторов лежит в пределах от 10 до 100 Ом/мВт. Основными преимуществами термисторов по сравнению с боло- метрами являются более высокая чувствительность и большая устойчивость к перегрузкам. В свою очередь, болометрам присуща высокая повторимость характеристик.
В результате замена боло- 1 2 — К месту К мосту Ряс. 16Л. Коаксиадьиая термисториая камера: т — ступенчатый верстов: С вЂ” дрсссевь; 8 — вставка метра) в приборе не приводит к необходимости его калибровки. Кроме того, болометры обладают меньшей тепловой инерцией и, следовательно„более удобны тогда, когда требуется быстрая реакция прибора на изменения мощности.
Поэтому болометры применяются в панорамных ваттметрах и измерителях мощности одиночных импульсов. В свою очередь, относительно большая тепловая инерция термисгоров предпочтительнее тогда, когда желательно автоматическое усреднение измеряемой мощности. В нас-„ тоящее время распространены термнсторные измерители малой мощности. Термисторный измеритель мощности состоит из термисторной камеры, мостовой схемы сравнения н схемы температурной компенсации. Коаксиальная термисторная камера со стандартным разъемом (рис.
10.7) служит для подключения прибора к источнику измеряемой мощности. Широкополосный ступенчатый переход 1 и система подогрева термистора обеспечивают согласование его сопротивления с волновым сопротивлением линии передачи. Термистор включают в мостовую схему через высокочастотный дроссель, внутренний'конец которого соединен с центральным стержнем коаксиальной вставки и, следовательно, с термистором. Так как на СВЧ сопротивление дросселя значительно превосходит волновое сопротивление коаксиальной линии, то его шунтирующее действие 206 мало. Одновременно для предотвращения излучения мощности в месте вывода дросселя предусматривается конструктивная емкость, замыкающая пусть для протекания токов СВЧ. Волноводиая термисторная камера содержит термисторную вставку и волноводный переход, обеспечивающий согласование сопротивления термисторной вставки с волновым сопротивлением волновода, к которому подключается измеритель мощности.
Существенным недостатком термисторных и болометрических наттметров является ограничение максимального значения измеряемой мощности. Практически стандартные термисторы способны выдерживать без разрушения мощность, не превосходящую нескольких десятков мнлливатт. Верхний предел измеряемой мощности может быть увеличен, если перед термисторной камерой поместить калиброванный аттеиюатор. Атт ен ю а тором называют устройство, у которого выходная мощность Р„„в определенное число раз меньше входной мощности Р„.
Соответственно результат измерения равен показанию прибора, умноженному на гкоэффициент ослабления аттенюатора И=Р, 1Р и . Аттеиюаторы различают по принципу действия (поглощающие, предельные) и по конструкции (волноводные, коаксиальные). Они могут быть с фиксированным или переменным коэффициентом ослабления (затухания) . Поглощающий аттенюатор волноводного типа представляет собой отрезок волновода, внутри которого размещен слой вещества, хорошо поглощающего энергию СВЧ. Коэффициент ослабления определяется свойствами вещества, а также размерами и расположением поглощающего слоя относительно электрической составляющей поля волновода.
Действие предельных аттенюаторов основано на явлении' экспоненциального затухания электромагнитного поля вдоль волновода, поперечные размеры которого выбраны меньше критических для рабочей длины волны. Аттенюаторы с плавным изменением коэффициента затухания и шкалой, проградуированной в децибелах, используются в приборах, результат измерения которых фиксируется в относительных единицах. Так, если при ослаблении а=10 1оп' — '" на термисторе Рввх рассеивается 1 мВт, то измеряемая мощность (дБ мВт) составит Р„=а. Важной частью измерителя мощности СВЧ является мостовая <хема.
Приращение сопротивления термистора можно измерить с помощью схем простейших омметров. Однако такое измерение пе будет точным. Более высокую точность дают мостовые измерительные схемы. Применяют два способа измерения сопротивления 'термистора: 1) с помощью неуравновешенного и 2) уравновешенно. го мостов. Неуравновешенные мосты применяют для построения измерителей мощности по типу приборов прямого действия, уравновешенные — в ваттметрах, основанных на методе сравнения.
Неуравновешенная мостовая схема представлена на рис. 10.8. й(сходного уравновешивания моста (при отсутствии мощности 207 СВЧ) достигают с помощью схем температурной компенсации, состоящей из генератора повышенной частоты (50 — 100 кГц) и плавного потенциометра Я. При равновесии моста ток в измерительной диагонали и показания гальванометра равны нулю. На Рас. 10.8. Схема неуравновешенного моста термистор подают измеряемую мощность СВЧ. При наличии согласования мощность полностью рассеивается на термисторе. В результате его сопротивление понизится и через гальванометр начнет протекать ток. Шкалу гальванометра градуируют в единицах мощности.
Градуировку прибора можно произвести с помощью калиброванного источника постоянного тока. д йгпайппй ыпгпг йгпапогаптрпопый Рнс, 10.9. Схемы уравновешенных мостов: а — мост с ручной термокомиенсацней и баланснроаксй; б — мост с аетоматической термо- комиеасацией и балансироакой Преимуществом измерительной мощности с неуравновешенными мостами является наглядность индикации результата измерений, а недостатком — относительно малая точность. Последнее объясни. .ется двумя причинами.
Во-первых, неизбежное при измерении мощности СВЧ изменение сопротивления термистора влечет за собой нарушение согласования сопротивлений термисторной камеры и линии передачи. В результате возникает отражение и, следова- 208 тельно, неполное рассеяние измеряемой мощности на термисторе. Во-вторых, по мере естественного изменения характеристик термистора (или при его замене) нарушается установленное при градуировке соответствие между показаниями прибора и величинов рассеиваемой мощности. Волее высокую точность обеспечивают уравновешенные мосты, посредством которых измеряемую мощность СВЧ сравнивают с калиброванной мощностью постоянного тока (рис. !0.9). На рис.
10.9, а дана схема уравновешенного моста с непосредственным отсчетом результата измерения. Питание моста постоянным током осуществляют через высокоомный резистор Яь Параллельно мостовой схаме включена шунтирующая цепь, образованная резистором Рз и реостатом !гм на движке которого закреплена отсчетная шкала мощности СВЧ. Ток питания моста 1„, а следовательно, я мощность постоянного тока Р, рассеиваемая на термисторе Р6, зависят от положения движка реостата Яь Максимум тока 1 име. ет место при полностью введенном реостате.
Этому положению соответствуют нулевой отсчет по шкале СВЧ (Рсвч=0) и максимум мощности постоянного тока Ра, рассеиваемой на термисторе. Процесс измерения включает два этапа. Первый — исходная балансировка моста, осуществляемая при отсутствии мощности СВЧ и при введенном реостате Яз (Рсвч =О).
Равновесие моста обеспечивают изменением переменного напряжения, поступающего на термистор с потенциометра Кз, Исходное уравновешивание моста исключает из результата измерения ошибки, обусловленные колебаниями окружающей температуры и старением термистора. На втором этапе осуществляют непосредственное измерение. мощности СВЧ, поступившей на термистор Да. При этом режим исходного равновесия сохраняют путем уменьшения мощности постоянного тока (Р,— КР„,) так, чтобы сумма рассеиваемых мощностей сохранялась неизменной: Рсвч+(Ро — ЬР >= — Рм (10.17) где Ро — мощность, рассеиваемая на термисторе при первоначальном уравновешивании. Из соотношения(!0.17) следует, что для восстановления равновесия моста мощность постоянного тока должна быть уменьшена на величину, равную ЬР„=Рсвч. (10.18) Этого достигают уменьшением сопротивления реостата )гм которое становится мерой измеряемой мощности СВЧ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
