Транзисторы биполярные. Метод измерения коэффициента шума на высоких и сверхвысоких частотах

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

СОЮЗА ССР

ТРАНЗИСТОРЫ БИПОЛЯРНЫЕ

МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ШУМА

НА ВЫСОКИХ И СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ

ГОСТ 18604.11-88

(СТ СЭВ 3996-83)

Издание официальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

Москв
а

УДК 621.382.33:006.354 Группа Э29

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ТРАНЗИСТОРЫ БИПОЛЯРНЫЕ

Метод измерения коэффициента шума
на высоких и сверхвысоких частотах
Bipolar transistors. Method of measuring noise
figure at high and ultra-high frequencies
ОКП 62 2312
Срок действия с 01,01.90 до 01.01,95
Настоящий стандарт распространяется на биполярные тран­зисторы и устанавливает метод измерения коэффициента шума Kia на высоких и сверхвысоких частотах в диапазоне частот 1 • 10~4 до 12,0 ГГц.
Общие требования при измерении и требования безопасно­сти— по ГОСТ 18604.0—83.
Термины и пояснения к ним приведены в приложении 1.

1. ПРИНЦИП, УСЛОВИЯ И РЕЖИМ ИЗМЕРЕНИЙ

1.1. Коэффициент шума транзистора КШТр представляет собой параметр, показывающий во сколько раз ухудшается соотношение сигнал/шум на определенной частоте за счет собственных шумов транзистора.
1.2. Значение (Кштр) транзистора в общем случае определяет­ся формулой
А ш тр D 9 )
* ш
где Рш — мощность шума источника сигнала, Вт;
Г’ш тр — мощность шума транзистора, Вт.
Для диапазона частот, в котором мощность шума (Рш) источ­ника сигнала определяют по формуле
(2)
Издание официальное ★
© Издательство стандартов, 1988
где К — постоянная Больцмана, равная 1,38-10~23 Дж/К;
Ти — эквивалентная эффективная шумовая температура (ЭШТ) источника сигнала, К;
А/ — эквивалентная полоса частот измерителя шумовой мощ­ности, Гц, отношение мощности шума в правой части формулы (1) можно заменить отношением эквивалент­ных шумовых температур. Тогда значение (Кштр) рас­считывают по формуле
*штр=^^₽=1+-^> (3)
где Тетр —ЭШТ, приведенная к входу транзистора (ЭШТВ).
#штР транзистора, работающего в линейном режиме зави­сит не только от свойств самого транзистора, но и от коэффициента отражения источника сигнала. Эту за­висимость определяют по формуле
К —К * Ги~Г°^|2
■^штр — ЛштігГГь>‘ 1-п 19 ’ V*)
1—1Ги|2
где Лпітіп —минимальный коэффициент шума;
S — коэффициент, характеризующий степень зависимости /<ш транзистора от условий согласования на его вхо­де;
Ги — комплексный коэффициент отражения источника сиг­нала;
rOpt — комплексный коэффициент отражения источника сиг­нала, при котором Кш минимален.
Таким образом КШтР характеризует шумовые свойства транзис­тора при его работе с источником сигнала, имеющим определен­ные ЭШТ и коэффициент отражения.
1.3. Для единообразия измерений (Лщтр) используют стан­дартный Кпг, который определяют по формуле
(5)
■'о
где То — стандартная температура источника сигнала, равная 293 К (20°С).
В качестве источника сигнала с ЭШТ, равной То, используют резистивную или поглощающую нагрузку, которая согласована в линии передачи и имеет температуру То. Номинальную мощность шума (Рш0) такого источника сигнала определяют по формуле

ЛИ=ОС< (6)

В процессе измерения Кщ осуществляют контроль суммарной мощности шума на выходе измеряемого транзистора. Информация
о шумовых свойствах транзистора содержится только во втором слагаемом (см. формулы II и 3).
1.4. При измерении малошумящих транзисторов Лш<2дБ для повышения информативности и снижения погрешности измерения рекомендуется снижать мощность шума источника сигнала за счет уменьшения Гц и проводить измерение с использованием низко­температурного генератора шума (НГШ) вместо источника сиг­нала со стандартной эквивалентной температурой То. При этом номинальную мощность шумов от НГШ на входе транзистора Ршхол определяют по формуле

РШ^=КТХОЛЬ/, (7)

где Гхол — эквивалентная шумовая температура на выходе НГШ.
1.5. При использовании НГШ измеритель шумовой мощности измеряет суммарную мощность шума (Pms), пересчитанную ко входу
РШ2=РШ хол+Ли тр = ^/(Лол+Т’е тр). (8)
Б соответствии с формулой (8) при использовании НГШ в процессе измерения Кш в результате первоначальной обработки сигнала определяют рабочий коэффициент шума (/Сшраб) или ре­альный коэффициент шума (Кшхол)
2. Рш хол+Гш тр Тхол+Тетр
3. А ш раб~ ~ > (У/
гшо 10
J- Рш хол+^Ш тр 7хол4* Т'е тр /1 п\

А Ш ХОЛ • V W

ГШ ХОЛ •* ХОЛ

Значение стандартного Кш> заданного в технических условиях на транзистор конкретного типа, определяют в процессе дальней­шей обработки результатов измерений по формулам (19) и (23).
3.1. Для определения Кш необходимо проводить измерения при подаче на вход измеряемого транзистора нескольких уровней шу­мовой мощности, например K.T„ Af и К(ТИ+ДТГШ) &f. В соответ­ствии с этим источник сигнала ГІП или НГШ на входе измеря­емого транзистора может иметь ЭШТ, равную Ти, когда ГШ вы­ключен, или ЭШТ, равную Ти-\-Тгш, когда ГШ включен.
3.2. Режим питания по постоянному току, условия согласова­ния на входе и выходе измеряемого транзистора и, при необходи­мости, конкретную схему измерения указывают в технических ус­ловиях на транзистор конкретного типа.
Рекомендуется задавать минимальный коэффициент шума (TCinmin), при этом полное сопротивление источника сигнала на входе измеряемого транзистора должно соответствовать настрой­ке на минимальное значение Кш-
Следует учитывать потери в элементах настройки на Лшпнп, а также других элементах передающей линии на входе транзистора. В отдельных случаях, в зависимости от свойств и назначения транзистора, допускается задавать Кш тр при сопротивлении ис­точника сигнала, равном волновому сопротивлению линии переда­чи, например 50 Ом.
3.3. При наличии помех на частоте измерения рекомендуется принимать меры к снижению помех в месте их возникновения или путем проведения измерений в экранированных помещениях. До­пускается снижать уровень помех путем перестройки измеритель­ной установки в пределах ±2,5% значения частоты измерения.
3.4. Температура окружающей среды при измерении должна быть в пределах (25±10)°С, если иное не указано в технических условиях на транзистор конкретного типа.
3.5. Измерение Кш проводят на фиксированной частоте, кото­рую указывают в технических условиях на транзистор конкретно­го типа.

4. АППАРАТУРА

4.1. Измерения следует проводить на установке, электрическая схема которой приведена на чертеже.

G1— источник сигнала; WU — развязка; WG — ввод пита­ния при подаче питания через контактное устройство мо­жет отсутствовать; Т1 и Т2— входной и выходной транс­форматоры полных сопротивлений; VT — измеряемый тран­зистор с контактным устройством; IV'’S — вентиль в ряде случаев может отсутствовать; PW — измеритель шумовой мощности и индикатор; G2—блок питания транзистора по постоянному току; G3—блок питания и управления изме­рителем

Источник сигнала модулируется между двумя уровнями ЭШТ. В зависимости от характера модуляции и алгоритма обработки результатов измерений данный метод позволяет реализовать раз­личные способы определения значения (двух отсчетов, удвое­ния, модуляционный и др.). В эксплуатационной документации на измерительную установку приводят конкретную схему измерения и используемый способ обработки результатов измерения для оп­ределения Кш-
4.2. Источником сигнала является ГШ. В выключенном состоя­нии от источника сигнала на вход измеряемого транзистора посту­пает номинальная мощность шума в соответствии с соотношением (2). Во включенном состоянии от источника сигнала на вход из­меряемого транзистора дополнительно поступает избыточная мощ­ность шума.
При использовании в качестве ГШ вакуумного шумового дио­да значение мощности шума (Ргш) в ваттах на 1 Гц полосы час­тот определяют по формуле
Лш=О,5<7/Хш, (И)
где 7?гт — сопротивление ГШ, Ом; q— заряд электрона, 1,6 • 10~'6 Кл; /а — ток анода шумового диода, А.
При использовании других ГШ, например полупроводникового или газоразрядного, выходной уровень значения спектральной плотности мощности шума (СПМШ) приводят в паспортных дан­ных ГШ. ГШ должен быть отградуирован в единицах избыточной СПМШ или избыточной относительной шумовой температуры.
При измерении транзисторов с Аш<2 дБ рекомендуется ис­пользовать образцовые и низкотемпературные генераторы шума НГШ. При использовании НГШ для получения второго уровня шумового сигнала рекомендуется использовать мощность шума от включенного на некоторое время газоразрядного или твердотель­ного ГШ. При этом НГШ должен быть отградуирован по обоим уровням шумового сигнала: низкотемпературному и высокотемпе­ратурному. Низкотемпературный уровень должен быть отградуи­рован в абсолютных значениях ЭШТ на выходе НГШ — Тхол, а высокотемпературный уровень — в единицах относительной избы­точной СПМШ, выраженной либо в единицах То, либо в еди­ницах Тхол:
и Охол = ^Ьу =G—(12) Г| Аол ТХОЛ
где G — значение СПМШ, приведенное в паспорте ГШ или по­лученное в результате градуировки (относительные единицы);
Gxo i — значение СПМШ на выходе НГШ, выраженное в отно­сительных единицах по отношению к ЭШТ на выходе выключенного НГШ;
АТгш —приращение ЭШТ на выходе НГШ, К.
Допускается градуировка ГШ в единицах избыточной шумовой температуры или в единицах /<ш.
При необходимости в техническом описании на измерительную установку приводят методики градуировки ГШ.
Допускается измерять Кш при работе ГШ в непрерывном ре­жиме и в режиме импульсной модуляции.
Выходное сопротивление ГШ должно быть равно 50 или 75 Ом.
4.3. При необходимости уменьшить влияние изменения коэф­фициента отражения ГШ при переключении из выключенного со­стояния во включенное, а также для снижения СПМШ применяют развязку (WU), в качестве которой используют либо резистивный аттенюатор, либо ферритовый вентиль, либо направленный ответ­витель. В ряде случаев она может отсутствовать.
При применении W77 градуировку ГШ рекомендуется прово­дить совместно с ней. Допускается проводить градуировку ГІЇІ на той же установке, на которой измеряют ГШ.
4.4. Входной трансформатор полных сопротивлений (Т1) пред­назначен для преобразования выходного сопротивления ГШ в комплексно-сопряженное значение входному полному сопротивле­нию измеряемого транзистора или в оптимальное полное сопро­тивление, обеспечивающее минимальное значение Кш.
Рекомендуется применять ре