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如何使功率分析儀測量結(jié)果更準(zhǔn)確

發(fā)布時間:2017-04-26 責(zé)任編輯:susan


【導(dǎo)讀】高端測量儀器都是由許多電子元器件組成,儀器在工作過程中,電子元器件產(chǎn)生的熱量匯聚,使儀器內(nèi)部溫度升高,導(dǎo)致儀器精度下降。高端測量儀器是如何解決溫度對自身精度的影響呢?

溫度影響電子元器件的性能

1.對二極管伏安特性的影響
 
在環(huán)境溫度升高時,二極管的正向特性曲線將左移,反向特性曲線將下移,如圖1所示。在室溫附近,溫度每升高1℃,正向壓降減小2~2.5mV;溫度每升高10℃,反向電流約增大一倍??梢姡O管的特性對溫度很敏感。
 
圖1.二極管的伏安特性
 
2.對晶體管輸入輸出特性的影響
 
由于半導(dǎo)體材料的熱敏性,晶體管的參數(shù)幾乎都與溫度有關(guān)。
   
溫度對輸入特性的影響:與二極管伏安特性類似,當(dāng)溫度升高時,正向偏移將左移,反之將右移,如圖2所示。
   
溫度對輸出特性的影響:如圖3實(shí)線,虛線分別所示為20℃和60℃時的特性曲線,可見,溫度升高時,由于輸入特性左移,導(dǎo)致集電極電流增大。
 
圖2.溫度對晶體管輸出特性影響            
 
圖3.溫度對晶體管輸入特性影響

穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)抑制溫漂
 
在引起靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定的諸多因素中,溫度對晶體管參數(shù)的影響是最為主要的,所謂穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)抑制溫漂通常是指在環(huán)境溫度變化時,晶體管的靜態(tài)集電極電流和管壓降基本不變,必須依靠基電極電流的變化來抵消集電極電流的變化,常用的是引用直流負(fù)反饋或溫度補(bǔ)償?shù)霓k法使基極電流在溫度變化時產(chǎn)生與集極電流相反的變化。
 
儀器預(yù)熱的必要性
 
根據(jù)儀器設(shè)備的用途和精密等級不同,有的需要預(yù)熱,有的不需要預(yù)熱,儀器設(shè)備預(yù)熱是為了內(nèi)部電子器件達(dá)到熱穩(wěn)定平衡。電路中的電容,電感,晶體管等達(dá)到穩(wěn)態(tài),需要一定的時間,必須預(yù)熱以降低測量誤差,越是精密的儀器設(shè)備預(yù)熱時間越長。
 
1.在儀器使用之前,需要對儀器進(jìn)行預(yù)熱;
 
2.在測量開始之前,需要進(jìn)行調(diào)零操作,調(diào)零是指在功率分析儀內(nèi)部電路中創(chuàng)造一個輸入信號為零的狀態(tài),并將該狀態(tài)下的計(jì)算結(jié)果設(shè)為數(shù)值意義上的零電平的過程;
    
3.選擇合適的量程、更新率和同步源對功率分析儀的測量準(zhǔn)確性至關(guān)重要。例如當(dāng)更新周期小于被測信號周期時,如下圖4所示,整個更新周期內(nèi)的數(shù)據(jù)成為測量區(qū)間,整個更新周期內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)將被平均,因此影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在這種情況下需要增大更新周期,使得包含更多周期的被測信號進(jìn)入測量區(qū)間;
 
圖4.更新周期對比
 
4.降低雜散電容對測量結(jié)果的影響,因?yàn)閮x器機(jī)殼與內(nèi)部測量電路的屏蔽盒之間是絕緣關(guān)系,所以二者之間存在雜散電容,把電流測量回路接到低電壓側(cè),如圖5所示,也就是將儀器的電流輸入端子連接到接近電源(Source)接地電位的一端時可以有效降低雜散電容對測量精度產(chǎn)生的影響;
 
圖5.接線圖
 
5.降低功率損耗的影響,在測量大電流情況下,需要將電壓測量回路接到靠近負(fù)載一側(cè),電流測量回路測得的結(jié)果就是流經(jīng)負(fù)載和電壓測量回路的電流之和,測量誤差僅是流經(jīng)電壓測量回路的電流。在測量小電流情況下,則需要將電流測量回路接到靠近負(fù)載一側(cè),電壓測量回路測得的結(jié)果就是負(fù)載電壓和電流測量回路的電壓之各,測量誤差僅是電流測量回路兩端電壓;如圖6所示。
 
圖6.不同電流下的接線圖
 
同時,PA功率分析儀采用了高穩(wěn)定度溫度補(bǔ)償?shù)?00M同步時鐘,保證ADC采樣每個通道的相位同步,電壓電流相位誤差在10ns以內(nèi)。在主機(jī)部分的模塊控制單元,我們采用了一個高穩(wěn)定度溫度補(bǔ)償?shù)?00M 同步時鐘,這個時鐘信號將送到每一個通道的ADC,用來保證ADC采樣相位同步,單通道與通道間的電壓、電流誤差可以保證在10ns 以內(nèi),減小測量時U、I 夾角儀器本身引入誤差,保證有功功率及功率因數(shù)測量精度!行業(yè)內(nèi)測量存在功率因素過1,或者過低而無法準(zhǔn)確測量的難題,與儀器本身的引入誤差和測試方法有很大的關(guān)系。
 
圖7.PA功率分析儀架構(gòu)
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