一种采用交流激励测量微弱非线性电流‑电压特性的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用交流激励测量微弱非线性电流‑电压特性的方法，包括步骤：按照测量电路图连接信号源、待测件、谐波分析仪和采样电阻；设定交流正弦激励电压信号频率；调节激励电压信号的振幅，测量各阶谐波信号的振幅；根据测量数据计算待测件电流‑电压关系中各项的系数；根据获得的系数计算待测件非线性电流‑电压关系；本发明专利技术通过采用交流电压信号激励待测件，实现了强的线性项和微弱非线性项在频率空间的分离，从而获得比线性背景低1～3个数量级的非线性电流‑电压特性；解决了传统的直流方式和测试设备通用性较差的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种采用交流激励测量微弱非线性电流-电压特性的方法，尤其适用于在强背景中，对微弱非线性电流-电压进行测试，属于微弱电信号测试

技术介绍
器件的电流-电压关系是一项关键的电学性能和指标。器件的导电类型和机理通常都是通过电流-电压关系来判断的，而电流-电压关系主要是用直流设备测量获得的。对于微波领域中常用的连接器这类器件，当用直流方式和设备测试其电流-电压关系时，结果表明是线性的，即欧姆型的。而当有两路或两路以上的大功率微波信号通过此类器件时，会有微弱的互调信号产生，这表明这类器件具有微弱的非线性导电行为。为了研究与微弱非线性导电行为相联系的物理机理，需要对强线性背景中微弱的非线性电流-电压关系进行测量。受限于直流方式和测试设备自身的局限性，目前的直流设备无法测量到强线性背景中的微弱非线性电流-电压特性。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种采用交流激励测量微弱非线性电流-电压特性的方法，通过采用交流电压信号激励待测件，实现了强的线性项和微弱非线性在频率空间的分离，从而获得比线性背景低1～3个数量级的非线性电流-电压特性；解决了传统的直流方式和测试设备通用性较差的问题。本专利技术的技术解决方案是：一种采用交流激励测量微弱非线性电流-电压特性的方法，包括如下步骤：步骤一：串联连接信号源、待测件和采样电阻构成激励回路，并联连接谐波测试仪和待测件构成谐波测量回路；步骤二：设定信号源输出信号为正弦信号，并设定正弦信号频率；步骤三：改变信号源输出信号的振幅U0，通过谐波测试仪测量每个振幅U0对应的第n次谐波信号的振幅Un，n为正整数；步骤四：根据谐波测试仪的测试数据计算待测件电流-电压关系中的各项系数Gn，其中，R为采样电阻的阻值，U为待测件两端的有效电压，U＝U0-(R+Rs)U1/R，Rs为信号源内阻；步骤五：根据所述各项系数Gn计算待测件电流-电压关系，线性的电流-电压关系为I＝G1V；非线性的电流-电压关系为I＝G2V2+G3V3+…+GnVn，其中，I为电流，V为电压。在上述的一种采用交流激励测量微弱非线性电流-电压特性的方法中，所述信号源和谐波测试仪对外BNC接口的内芯与外导体作为正负极，按照直流电路的方式连接。所述信号源输出的正弦信号的频率小于50KHz，且不取25Hz和50Hz的整数倍。所述步骤三中，待测件的谐波最高阶次n由谐波测试仪的测试极限和噪声水平决定，即当n阶次谐波信号与谐波测试仪的测试极限或噪声水平相同时，所述n阶次谐波信号为最高次谐波信号。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：1、本专利技术通过采用交流电压信号激励待测件，实现了强的线性项和微弱非线性在频率空间的分离，从而获得比线性背景低1～3个数量级的非线性电流-电压特性；解决了传统的直流方式和测试设备通用性较差的问题。2、本专利技术采用低频激励信号，可以沿用直流测试方式中的分压原理，简单实用，便于本领域技术人员的实施。3、本专利技术逻辑通顺、思路清晰、设计合理，本领域技术人员按照本专利技术的步骤进行实验，能够快速准确的测量出强线性背景中微弱的非线性电流-电压关系。4、本专利技术可根据实际情况灵活调整，测试过程安全可靠，而且优化了操作空间，减轻了工作人员的操作负担。5、本专利技术的信号源、谐波测试仪和采样电阻均为常规零件，拆装方便、无需特制，而且便于维修和更换，大幅降低了生产成本。6、本专利技术适用于多种工作环境，在复杂工况下依然能够对各个器件的非线性导电行为进行测量，可操作性强。附图说明图1为本专利技术的流程图图2为本专利技术的电路图图3为本专利技术实施例的谐波测试结果图图4为本专利技术实施例的线性和非线性部分的电流-电压关系对比图其中：1信号源；2待测件；3谐波测试仪；4采样电阻；具体实施方式下面结合附图说明和具体实施例对本专利技术作进一步描述：如图1～2所示，一种采用交流激励测量微弱非线性电流-电压特性的方法，包括如下步骤：步骤一：串联连接信号源1、待测件2和采样电阻4构成激励回路，并联连接谐波测试仪3和待测件2构成谐波测量回路；步骤二：设定信号源1输出信号为正弦信号，并设定正弦信号频率；步骤三：改变信号源1输出信号的振幅U0，通过谐波测试仪3测量每个振幅U0对应的第n次谐波信号的振幅Un，n为正整数；步骤四：根据谐波测试仪3的测试数据计算待测件2电流-电压关系中的各项系数Gn，其中，R为采样电阻4的阻值，U为待测件2两端的有效电压，U＝U0-(R+Rs)U1/R，Rs为信号源内阻；步骤五：根据所述各项系数Gn计算待测件2电流-电压关系，线性的电流-电压关系为I＝G1V；非线性的电流-电压关系为I＝G2V2+G3V3+…+GnVn，其中，I为电流，V为电压。所述信号源1和谐波测试仪3对外BNC接口的内芯与外导体作为正负极，按照直流电路的方式连接。所述信号源1输出的正弦信号的频率小于50KHz，且不取25Hz和50Hz的整数倍。所述步骤三中，待测件2的谐波最高阶次n由谐波测试仪3的测试极限和噪声水平决定，即当n阶次谐波信号与谐波测试仪3的测试极限或噪声水平相同时，所述n阶次谐波信号为最高次谐波信号。如图3所示，本实施例由一个1kΩ电阻并联一个二极管而成；测试时选用Stanford公司的SR830型锁相放大器，该仪器能提供正弦信号输出，输出阻抗为50Ω，并能测试谐波，采样电阻4的阻值为50Ω；正弦激励信号的频率设定为878Hz，振幅的变化范围为0.01-0.16V；谐波按照阶次从低到高的顺序依次测量。当测试到第9次谐波时，谐波信号在整个区间都是震荡的，与噪声水平相当，因此最高只测量到第9次谐波，且第9次谐波的测量结果计算时不予采纳。根据谐波测试结果计算电流-电压关系式中的各项系数Gn，Un为测量到的第n次谐波信号振幅，U为待测件2两端的有效电压，根据分压原理，U＝U0-(50+Rs)U1/R，U0为激励信号的振幅，U1为一次谐波即基波的振幅，Rs＝50Ω；根据测试结果计算电流-电压关系式中的各项系数的平均值见表1：表1如图4所示，根据获得的系数Gn计算得到的待测件2的电流-电压关系，其中线性的电流-电压关系由I＝G1V计算获得；非线性的电流-电压关系由I＝G2V2+G3V3+G4V4+G5V5+G6V6+G7V7+G8V8计算获得，本专利技术能够获得比线性部分低3个数量级的非线性电流-电压特性。本专利技术的工作原理是：待测件2对信号源1发出的交流电压信号产生响应，这种响应既有线性的，又有非线性的；非线性响应通过谐波形式表现出来，谐波电流在采样电阻4上产生电压信号，该电压信号的幅度可通过谐波测试仪3进行测量，本专利技术选用的信号源1为低频信号源(＜100KHz)，这类信号源的输出端口是BNC接口，谐波测试仪3的连接端口也是BNC接口，由于信号的频率很低，电压信号的波长远远大于电路回路的长度，将BNC接口的内芯导体和外芯导体作为直流电源的正负极，即可按照直流电路的方式进行连接，利于测量。本专利技术说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用交流激励测量微弱非线性电流‑电压特性的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：串联连接信号源(1)、待测件(2)和采样电阻(4)构成激励回路，并联连接谐波测试仪(3)和待测件(2)构成谐波测量回路；步骤二：设定信号源(1)输出信号为正弦信号，并设定正弦信号频率；步骤三：改变信号源(1)输出信号的振幅U0，通过谐波测试仪(3)测量每个振幅U0对应的第n次谐波信号的振幅Un，n为正整数；步骤四：根据谐波测试仪(3)的测试数据计算待测件(2)电流‑电压关系中的各项系数Gn，其中，R为采样电阻(4)的阻值，U为待测件(2)两端的有效电压，U＝U0‑(R+Rs)U1/R，Rs为信号源内阻；步骤五：根据所述各项系数Gn计算待测件(2)电流‑电压关系，线性的电流‑电压关系为I＝G1V；非线性的电流‑电压关系为I＝G2V2+G3V3+…+GnVn，其中，I为电流，V为电压。

【技术特征摘要】
1.一种采用交流激励测量微弱非线性电流-电压特性的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：串联连接信号源(1)、待测件(2)和采样电阻(4)构成激励回路，并联连接谐波测试仪(3)和待测件(2)构成谐波测量回路；步骤二：设定信号源(1)输出信号为正弦信号，并设定正弦信号频率；步骤三：改变信号源(1)输出信号的振幅U0，通过谐波测试仪(3)测量每个振幅U0对应的第n次谐波信号的振幅Un，n为正整数；步骤四：根据谐波测试仪(3)的测试数据计算待测件(2)电流-电压关系中的各项系数Gn，其中，R为采样电阻(4)的阻值，U为待测件(2)两端的有效电压，U＝U0-(R+Rs)U1/R，Rs为信号源内阻；步骤五：根据所述各项系数Gn计算待测件(2)电流-电压关系，线性的电流-电压关系为I＝G1V；非线性的电流-电...

【专利技术属性】
技术研发人员：何鋆，崔万照，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61