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    功率計和功率傳感器工作原理(三)

    2020.9.28

    圖7是整個功率計的結構框圖。斬波器和輸入放大器的一部分包含在傳感器中,所以電平相當高的信號被傳送至功率計,在此,信號經放大,由同步檢波器變回到直流,再由儀表顯示。在利用熱電偶傳感器的數字式功率計或基于微處理器的功率計中也存在類似電路。現代熱電偶式功率計提供在100mW到1uW(50dB)輸入功率范圍的功率測量能力。

    大多數熱電偶式功率計都提供了具有已校輸出功率的精密參考源,它用于調節系統的增益,以補償熱電偶不同元件之間靈敏度的變化。每當將不同的傳感器與功率計相連時,使用者進行這一調節,這一過程可以簡單到將傳感器與參考源相連并按動相應按鈕。?

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    圖7 ?熱電偶功率計原理框圖?

    3.二極管功率傳感器和功率計

    利用半導體二極管作為檢波元件有可能測量極低的功率電平。圖8示出了二極管傳感器的最簡單形式。可以看出,它包含隔直流電容器,終端電阻器,二極管和射頻旁路電容器。流過二極管的電流是負載電阻器兩端出現的外加電壓的非線性函數。某些二極管在很低的外加電壓(mV級)下將傳導顯著電流(uA級),但仍然存在非線性關系,并引起遵循外加電壓平方(即平方律響應)的整流輸出,因而服從冪次關系。圖9給出的數據說明,工作在平方律區域時,檢測二極管的輸出直接效仿輸入功率變化。由于檢波機理服從冪次關系,故平方律二極管傳感器將指示復合波形總功率的正確值。

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    圖8???二極管功率傳感器的檢波電路

    為了保證二極管對信號功率起響應,某些功率傳感器設計將測量范圍限制在平方律區域以內。這類傳感器能測量低達0.1nW(-70dBm)的功率電平,且它們將完成與外加信號的波形無關的精確功率測量。平方律工作的可用動態范圍約50dB,所以平方律二極管可以使用與熱電偶傳感器相同的功率計。

    將二極管傳感器的工作向更高功率電平(10---100mW)擴展的功率計可能提供具有很寬動態范圍(70dB或更大)的測量能力,但在高于10uW量程上獲得的讀數只適用于連續波(CW)正弦信號。在高功率電平上,二極管的工作類似于對外加電壓的峰值起響應的線性檢波器。圖9表明,為了產生100:1的功率變化,需要二極管的輸出指示10:1的電壓變化。在這個工作范圍,二極管傳感器的輸出在變成功率指示之前,必須進行平方。

    利用工作在線性范圍的二極管傳感器的功率計包含有將二極管的輸出電壓進行平方的裝置,給出與連續波正弦信號的功率相對應的讀數。用于測量連續波信號的平均功率的功率計不能精確測量帶有任何幅度調制形式的信號的功率。這個問題的解決辦法是降低信號幅度,直到二極管工作在二極管對總功率起響應的平方律區域。

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    圖9???二極管功率傳感器的輸出電壓隨輸入功率的變化


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