Способ измерения шумовых параметров рассеяния активных приборов

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМОВЫХ .ДАРАМЕТРОВ РАССЕЯНИЯ АКТИВНЫХ ПРИБОРОВ , включающий подключение трех электродов прибора к линиям передачи с согласованными нагрузками измерение собственных спектральных плотностей со стороны внутренних шумов всех электродов, и определение мнимой составляющей взаимньпс спектральиых плотностей внутренних шумов, отличающийся тем, чтоу с целью повышения точности и устойчивости измерения, дополнительно измеряют суммарные задержки распространения шумов от эквивалентных источников шума внутри активного прибора к третьему и второму электродам, и рабочую частоту, а значение мнимой составляющей взаимных спектральных плотностей внутренних шумов определяют из соотношения - - кк-%Б)%ив21), 0,5(€ V где f. 9Э Т./ и Г - значения собкк ээ ственных спект , ральных плот-. . ностей, измеренных со стороны третьего, второго и первого электродов соответственно; дб - относительная задержка, рав-.ная разности суммарных за держек распростOn ранения шумов sl от эквивалентj; эо ных источников шума к третьему Э) и второму электродам; f - рабочая частота.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕ(НИХ

РЕСПУБЛИК (19) 01) ИЮ G 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЬ)Й КОМИТЕТ ССОР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ (21) 3543436/24-21 (221 11. 01. 83 (46) 23.05.85. Бюл. 1) . 19 (72) А.И. Смирнов (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции авиационный институт им; Серго Орджоникидзе (53) 621.317(088.8) (56) Васильев .Г.Н., Каменецкий 10.А.

Волновые шумовые параметры транзисторов. — Микроэлектроника и полупроводниковые приборы. Под ред.

А,А. Васенкова и А.Я. Федотова.

М., "Советское радио", вып. 5,1980.

Авторское свидетельство СССР

В 1027630, кл.:G 01 К 31/26 1981. (54)(57 ) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМОВЬИ ,ПАРАМЕТРОВ РАССЕЯНИЯ АКТИВНЫХ ПРИ° БОРОВ, включающий подключение трех электродов прибора к линиям передачи с согласованными нагрузками;измерение собственных спектральныхплотностей со стороны внутренних шумов всех электродов, и определение мнимой составляющей взаимных спектраль- ных плотностей внутренних шумов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и устойчивости измерения, дополнительно измеряют суммарные задержки распространения шумов от эквивалентных источников шума внутри активного прибора к третьему и второму электродам, и рабочую частоту, а значение мнимой составляющей взаимных. спектральных плотностей внутренних шумов определяют из соотношения .

:) =0,5(С9Э+ „„Ъ 5) % (дО 2ХЕ), . Где С р в к и а 66 — значения собственных спектральных плот-. ностей, измеренных со стороны I . третьего, второго и первого электродов соот" ветственно;

h8 — относительная задержка, рав-: ная разности суммарных. sa держек распространения шумов от эквивалентных источников шума к третьему и второму элек--. тродам;

Х - рабочая частота.

1 115 .Изобретение относится к Радиоизмерениям и может испопьэоваться при проектировании усилителей, смесителей и других шумящих устройств на активных приборах, Цель: изобретения — повьш ение точности и устойчивости измерения.

Для биполярного транзистора в качестве первого электрода принимается база транзистора, в качестве второго - коллектор, в качестве третьего — эмиттер. Для полевых транзисторов в качестве первого электрода принимается затвор, в качестве второго — сток, в качестве третьего - исток.

На чертеже показана схема одного из возможных устройств для осуществления: предложенного способа.

К эмиттеру транзистора 1 с поЪ мощью коммутатора 2 в положении 2-1 подключена согласованная нагрузка

3, а к базе с помощью коммутатора

4 в положение 4-1 — согласованная нагрузка 5. Коллектор транзистора

1 с помощью коммутатора 6 в положении 6-1 подключен к измерителю

7 спектральных плотностей. Вход измерителя 7 согласован с передающим трактом. (Цепи питания транзистора

1 и отрезки подводящих линий на чертеже не показаны ).

Повьнпение точности и устойчивости измерения шумовых параметров в предложенном способе обусловлено следующим.

Кумы, возникающие в объеме полупроводника, распространяются в сторону электродов с различными задержками от каждой локальной области их возникновения. Внешне действие шумов транзистора как автономного шестиполюсника проявляется в виде отраженных шумовых волн мощности

8<, 8 и Р„, которые излучаются соответственно со стороны базы, эмиттера и коллектора в линии передачи с согласнованными нагрузками и могут быть выражены через соотвествующие шумовые токи. Так как шумы, обусловленные одним и тем же физическим процессом, полностью кор.релированы:, их суммарный вклад в шумовые волны е<, е и е„ можно представить в виде результирующего шума, излучаемого эквивалентным точечным источком.

Шумовые волны мощности при их распространении от эквивалентных

15 где: 8.и Е e — суммарные значения

1 1 распространения чгумов от эквивалентных источников шума внутри активного при. бора к коллектору и эмиттеру соответственно, Величины 6; могут быть измерены при помощи известных методов.

Нн одна из составляющих полного времени 9 „ задержки сигнала между эмиттером и коллектором от частоты не зависит. Таким образом, относительная задержка д9 также не зави30 сит от частоты, и аргумент а фЪ взаимной спектральной плотности

7 в диапазоне частот является линейной функцией частоты цТэк b8 2И+», (31

КТ, hf где

К вЂ” постоянная Больцмана;

Т 293 К вЂ” стандартная шумовая о температура, аЕ- полоса частот.

Величина 3 в формуле (3) обусловлена противоположным направлением эмиттерного и коллекторного шумовых токов по отношению к транзистору при f 0.

Так как по определению эгф " „= ««C (Т ° /Р " )+n, I -I 4 =-j сТ

6 к бэ т эк а R C „выражается по формуле (1), то величина 3 С на данной р;.бочей

Ы частоте может быть определена через параметр д9 и измеренные собственные спектральные плотности по формуле (2 1

7486 г источников к эмиттеру и коллектору претерпевают последовательно несколько этапов задержки, причем волны, распространяемые в сторену коллекто- " ра, задерживаются больше, чем волны, распространяемые в сторону эмиттера.

Поэтому результирующая шумовая волна б, в сечении коллекторного контакта запаздывает относительно ре1п зУльтиРУющей волны еэ в сечении эмиттерного контакта на некоторую величину д8, которая равна

И 57486 5 — модули параметров рассеяв t) ния транзистора-шестиполюсника.

Положения коммутаторов 2,4 и 6, показанные на чертеже, соответствуют измерению параметра „„ . Для измерения параметра т комиутатор 2 пере ээ водится в положение 2-2,а коимутатор

4 - в положение 4-2. Для измерения па.раметра 7у коммутатор 6 нужно перевести в положение 6-3, а коимутатор

4 в положение 4-2, коммутатор 2 при этом должен находиться в положении 2-!.

Повышение устойчивос ти обусловлено теи,что все измерения шумовых пар;.метров производятся в согласованном тракте и отпадает необходимость в использовании рассогласованных нагрузок. Для оценки точности относительную среднеквадратичную ошибку d" измерения д„ « на данной частоте рассчитываем предложенным и известным способами.

Для наглядности при оценке точности предложенного способа рассматриваем приблизительную фориулу в которой е,. е,.+

Ь..КТ д о

Эти результаты ие могут быть применены к транзистору-четырехполюснику, так как база транзистора-четырехполюсника (при включении его 10 . по схеме с общей базой ) заземлена.

Поэтому шумовая волна мощности, .излучаемая со стороны базы, не ,может быть отдельно измерена, и для определения вещественной составляющей 15 взаимной спектральной плотности транзистора-четцрехполюсника с помощью собственнцх спектральных плотностей > нвобхо@иыбй::информации недостаточно.

Кроме.:Фого,:. базовая шумовая волна не поглощается i согласованной нагрузке, как в случае транзисторашестиполюсника, а полностью отражается от эквивалентной плоскости короткого замыкания базы. В резуль- тате этого происходят перераспределение базовых шумов между эмиттерои и коллектором, которое зависит от .I коиплексных параметров транзистора и меняется s диапазоне. частот. Таким образом,модуль и аргумент взаимной спектральной плотности транзистора-четырех" полюсника являются сложными функциями частоты. Их определение на основе составляющих полного вреиени за-. держки сигнала между эииттером и коллектором невозможно.

Способ может быть реализован с помощью устройства, приведенного на чертеже. = p,s (, - . ) Сф (a92lif ),. (99 "КК "SS ) < ° (I которая справедлива при малых углах

9- 89 2Trf и практически выполняется на частотах вплоть до граничной частоты Г, Относительная среднеквадратичная ошибка определения по формуле (4 ) равна 4(1щ i)

/=в

4 1 Д

Учитывая, что

6 1 ) III

Устройство работает следующим образом.

На входе измерителя 7 измеряется суммарная мощность шумов излучае)ых .транзистором со стороны

j-го электрода, а также соответствующиии согласованными нагрузками и входом измерителя 7. Расчет собственных спектральных плотностей производится по формуле и. -), ) -I .„I - где „1 — относительная шумовая температура шумов, излучаемых входом иэмерителя

7 в сторону транзистора

2;, и принимая относительные погрешности д"е.. измерения величин " равными

ii иежду собой, получим

Рассчитываем d" для типового транзистора С-диапазона. Точность измерения составляющих 9 полного вреиени задержки сигнала между эииттерои и коллектором, как правило, не хуже 0,05 пс. Учитывая, что и-7 в.- Ев.* е" в а е.в )) 1 ъ . ЬС с ЛО0 (9еь е) 1 ). 57486 определения d8 равна

ggeI= (a ).(I,â ) .(ав„) (ав,1 (ае„„) (ь в„) (гв,)

It I= )s!.)оооо . вид а среднеквадратичная ошибка 6(Ы) для рассматриваемого примера получим йО 8,06 нс, 4(ь9) 0,132 пс, где 3" - время накопления и расв с асывання дополнительного заряда в базе на границе с коллекторои;

0 - время задержки в обедненд ном слое коллектора;

6 - время заряда емкости пере . хода база-коллектор через эмиттер; бс - время заряда емкости перехода база-коллектор через коллектор; и

9 „ — дополнительная задержка за счет паразитных параметров корпуса транзистора;

Е«з — время заряда емкости перехода эмиттер-база через эмиттер;

Ор - эмиттерное время задержки, связанное с избыточным на-. коплением дырок в эмиттере.

Подставляя в формулу (5 1 значения

b 8 8,06 пс, 6 (ь 8) =О, 132 пс, а также экспериментально измеренные параметры ээ 2» кк 4э919 g 0,501 и Э,„ =0,282 для тран- зистора КТ39)А2 как автономного шестиполюсника на f 1,5 ГГц, и принимая, что « Ф;; =0 05, получим с „3,87Х

Развернутая формула для определения 3„,7 по результатам измерений согласно известному способу имеет

23 ю

1- Г,Ь„ 45! )Å ) Г9 IIS3,5$, 53ÐÈ) "Е "3Р

)-Г5 где 5" — параметры рассеяния тран\1 зистора-шестиполюсника, à — коэффициент отражения рассогласованой нагрузки) э — измеренное значение суммарной мощности шума на выходе транзистора при данной рассогласованной нагрузке, подключенной к зажимам транзистора 1.

Обозначив через А (6А) /А квадраты относительных среднеквадратичных ошибок измерения входящих в формулу (6 1 величин, нолучнм следующее выражение для квадрата относительной среднеквадратичной ошибки измерения 3 7

, !Г <, В „!),аЮ(Э !) У(8 +

+ Й, ls» l+ 2,2% l9„l+ ),5 l s„ l (т) 1

Примем точность, измерения шумовых температур равной 5X (как и при рас" чете d „„), а точность измерения модулей параметров рассеяния равной

17., При этом

23 22 И« йe""32) «0,0025;

Подставляя приведенные величины в формулу (71, получим

d -9,5Z.

Таким образом, точность изиерения

3 (. предложенным способом примерно в 2,5 раза выше точности измерения. по известному способу.

>iS748C

Составитель А. Ольховский .

Редактор О. Головач Техред Л.Мартяшова Корректор 8. Гирняк

Заказ 3363/44 Тираж 748 Подлнсное

ВН161ПИ Государственного .комитета СССР ло делам изобретений и открытий

1) 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная. 4