一種采用交流激勵測量微弱非線性電流?電壓特性的方法技術

本發明專利技術公開了一種采用交流激勵測量微弱非線性電流?電壓特性的方法，包括步驟：按照測量電路圖連接信號源、待測件、諧波分析儀和采樣電阻；設定交流正弦激勵電壓信號頻率；調節激勵電壓信號的振幅，測量各階諧波信號的振幅；根據測量數據計算待測件電流?電壓關系中各項的系數；根據獲得的系數計算待測件非線性電流?電壓關系；本發明專利技術通過采用交流電壓信號激勵待測件，實現了強的線性項和微弱非線性項在頻率空間的分離，從而獲得比線性背景低1～3個數量級的非線性電流?電壓特性；解決了傳統的直流方式和測試設備通用性較差的問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種采用交流激勵測量微弱非線性電流-電壓特性的方法，尤其適用于在強背景中，對微弱非線性電流-電壓進行測試，屬于微弱電信號測試

技術介紹
器件的電流-電壓關系是一項關鍵的電學性能和指標。器件的導電類型和機理通常都是通過電流-電壓關系來判斷的，而電流-電壓關系主要是用直流設備測量獲得的。對于微波領域中常用的連接器這類器件，當用直流方式和設備測試其電流-電壓關系時，結果表明是線性的，即歐姆型的。而當有兩路或兩路以上的大功率微波信號通過此類器件時，會有微弱的互調信號產生，這表明這類器件具有微弱的非線性導電行為。為了研究與微弱非線性導電行為相聯系的物理機理，需要對強線性背景中微弱的非線性電流-電壓關系進行測量。受限于直流方式和測試設備自身的局限性，目前的直流設備無法測量到強線性背景中的微弱非線性電流-電壓特性。
技術實現思路
本專利技術的技術解決問題是：克服現有技術的不足，本專利技術提供了一種采用交流激勵測量微弱非線性電流-電壓特性的方法，通過采用交流電壓信號激勵待測件，實現了強的線性項和微弱非線性在頻率空間的分離，從而獲得比線性背景低1～3個數量級的非線性電流-電壓特性；解決了傳統的直流方式和測試設備通用性較差的問題。本專利技術的技術解決方案是：一種采用交流激勵測量微弱非線性電流-電壓特性的方法，包括如下步驟：步驟一：串聯連接信號源、待測件和采樣電阻構成激勵回路，并聯連接諧波測試儀和待測件構成諧波測量回路；步驟二：設定信號源輸出信號為正弦信號，并設定正弦信號頻率；步驟三：改變信號源輸出信號的振幅U0，通過諧波測試儀測量每個振幅U0對應的第n次諧波信號的振幅Un，n為正整數；步驟四：根據諧波測試儀的測試數據計算待測件電流-電壓關系中的各項系數Gn，其中，R為采樣電阻的阻值，U為待測件兩端的有效電壓，U＝U0-(R+Rs)U1/R，Rs為信號源內阻；步驟五：根據所述各項系數Gn計算待測件電流-電壓關系，線性的電流-電壓關系為I＝G1V；非線性的電流-電壓關系為I＝G2V2+G3V3+…+GnVn，其中，I為電流，V為電壓。在上述的一種采用交流激勵測量微弱非線性電流-電壓特性的方法中，所述信號源和諧波測試儀對外BNC接口的內芯與外導體作為正負極，按照直流電路的方式連接。所述信號源輸出的正弦信號的頻率小于50KHz，且不取25Hz和50Hz的整數倍。所述步驟三中，待測件的諧波最高階次n由諧波測試儀的測試極限和噪聲水平決定，即當n階次諧波信號與諧波測試儀的測試極限或噪聲水平相同時，所述n階次諧波信號為最高次諧波信號。本專利技術與現有技術相比的有益效果是：1、本專利技術通過采用交流電壓信號激勵待測件，實現了強的線性項和微弱非線性在頻率空間的分離，從而獲得比線性背景低1～3個數量級的非線性電流-電壓特性；解決了傳統的直流方式和測試設備通用性較差的問題。2、本專利技術采用低頻激勵信號，可以沿用直流測試方式中的分壓原理，簡單實用，便于本領域技術人員的實施。3、本專利技術邏輯通順、思路清晰、設計合理，本領域技術人員按照本專利技術的步驟進行實驗，能夠快速準確的測量出強線性背景中微弱的非線性電流-電壓關系。4、本專利技術可根據實際情況靈活調整，測試過程安全可靠，而且優化了操作空間，減輕了工作人員的操作負擔。5、本專利技術的信號源、諧波測試儀和采樣電阻均為常規零件，拆裝方便、無需特制，而且便于維修和更換，大幅降低了生產成本。6、本專利技術適用于多種工作環境，在復雜工況下依然能夠對各個器件的非線性導電行為進行測量，可操作性強。附圖說明圖1為本專利技術的流程圖圖2為本專利技術的電路圖圖3為本專利技術實施例的諧波測試結果圖圖4為本專利技術實施例的線性和非線性部分的電流-電壓關系對比圖其中：1信號源；2待測件；3諧波測試儀；4采樣電阻；具體實施方式下面結合附圖說明和具體實施例對本專利技術作進一步描述：如圖1～2所示，一種采用交流激勵測量微弱非線性電流-電壓特性的方法，包括如下步驟：步驟一：串聯連接信號源1、待測件2和采樣電阻4構成激勵回路，并聯連接諧波測試儀3和待測件2構成諧波測量回路；步驟二：設定信號源1輸出信號為正弦信號，并設定正弦信號頻率；步驟三：改變信號源1輸出信號的振幅U0，通過諧波測試儀3測量每個振幅U0對應的第n次諧波信號的振幅Un，n為正整數；步驟四：根據諧波測試儀3的測試數據計算待測件2電流-電壓關系中的各項系數Gn，其中，R為采樣電阻4的阻值，U為待測件2兩端的有效電壓，U＝U0-(R+Rs)U1/R，Rs為信號源內阻；步驟五：根據所述各項系數Gn計算待測件2電流-電壓關系，線性的電流-電壓關系為I＝G1V；非線性的電流-電壓關系為I＝G2V2+G3V3+…+GnVn，其中，I為電流，V為電壓。所述信號源1和諧波測試儀3對外BNC接口的內芯與外導體作為正負極，按照直流電路的方式連接。所述信號源1輸出的正弦信號的頻率小于50KHz，且不取25Hz和50Hz的整數倍。所述步驟三中，待測件2的諧波最高階次n由諧波測試儀3的測試極限和噪聲水平決定，即當n階次諧波信號與諧波測試儀3的測試極限或噪聲水平相同時，所述n階次諧波信號為最高次諧波信號。如圖3所示，本實施例由一個1kΩ電阻并聯一個二極管而成；測試時選用Stanford公司的SR830型鎖相放大器，該儀器能提供正弦信號輸出，輸出阻抗為50Ω，并能測試諧波，采樣電阻4的阻值為50Ω；正弦激勵信號的頻率設定為878Hz，振幅的變化范圍為0.01-0.16V；諧波按照階次從低到高的順序依次測量。當測試到第9次諧波時，諧波信號在整個區間都是震蕩的，與噪聲水平相當，因此最高只測量到第9次諧波，且第9次諧波的測量結果計算時不予采納。根據諧波測試結果計算電流-電壓關系式中的各項系數Gn，Un為測量到的第n次諧波信號振幅，U為待測件2兩端的有效電壓，根據分壓原理，U＝U0-(50+Rs)U1/R，U0為激勵信號的振幅，U1為一次諧波即基波的振幅，Rs＝50Ω；根據測試結果計算電流-電壓關系式中的各項系數的平均值見表1：表1如圖4所示，根據獲得的系數Gn計算得到的待測件2的電流-電壓關系，其中線性的電流-電壓關系由I＝G1V計算獲得；非線性的電流-電壓關系由I＝G2V2+G3V3+G4V4+G5V5+G6V6+G7V7+G8V8計算獲得，本專利技術能夠獲得比線性部分低3個數量級的非線性電流-電壓特性。本專利技術的工作原理是：待測件2對信號源1發出的交流電壓信號產生響應，這種響應既有線性的，又有非線性的；非線性響應通過諧波形式表現出來，諧波電流在采樣電阻4上產生電壓信號，該電壓信號的幅度可通過諧波測試儀3進行測量，本專利技術選用的信號源1為低頻信號源(＜100KHz)，這類信號源的輸出端口是BNC接口，諧波測試儀3的連接端口也是BNC接口，由于信號的頻率很低，電壓信號的波長遠遠大于電路回路的長度，將BNC接口的內芯導體和外芯導體作為直流電源的正負極，即可按照直流電路的方式進行連接，利于測量。本專利技術說明書中未詳細描述的內容為本領域技術人員公知技術。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種采用交流激勵測量微弱非線性電流?電壓特性的方法，其特征在于：包括如下步驟：步驟一：串聯連接信號源(1)、待測件(2)和采樣電阻(4)構成激勵回路，并聯連接諧波測試儀(3)和待測件(2)構成諧波測量回路；步驟二：設定信號源(1)輸出信號為正弦信號，并設定正弦信號頻率；步驟三：改變信號源(1)輸出信號的振幅U0，通過諧波測試儀(3)測量每個振幅U0對應的第n次諧波信號的振幅Un，n為正整數；步驟四：根據諧波測試儀(3)的測試數據計算待測件(2)電流?電壓關系中的各項系數Gn，其中，R為采樣電阻(4)的阻值，U為待測件(2)兩端的有效電壓，U＝U0?(R+Rs)U1/R，Rs為信號源內阻；步驟五：根據所述各項系數Gn計算待測件(2)電流?電壓關系，線性的電流?電壓關系為I＝G1V；非線性的電流?電壓關系為I＝G2V2+G3V3+…+GnVn，其中，I為電流，V為電壓。

【技術特征摘要】
1.一種采用交流激勵測量微弱非線性電流-電壓特性的方法，其特征在于：包括如下步驟：步驟一：串聯連接信號源(1)、待測件(2)和采樣電阻(4)構成激勵回路，并聯連接諧波測試儀(3)和待測件(2)構成諧波測量回路；步驟二：設定信號源(1)輸出信號為正弦信號，并設定正弦信號頻率；步驟三：改變信號源(1)輸出信號的振幅U0，通過諧波測試儀(3)測量每個振幅U0對應的第n次諧波信號的振幅Un，n為正整數；步驟四：根據諧波測試儀(3)的測試數據計算待測件(2)電流-電壓關系中的各項系數Gn，其中，R為采樣電阻(4)的阻值，U為待測件(2)兩端的有效電壓，U＝U0-(R+Rs)U1/R，Rs為信號源內阻；步驟五：根據所述各項系數Gn計算待測件(2)電流-電壓關系，線性的電流-電壓關系為I＝G1V；非線性的電流-電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何鋆，崔萬照，
申請(專利權)人：西安空間無線電技術研究所，
類型：發明
國別省市：陜西;61