GB T 13975-1992 直流放大器特性和测试方法.pdf

1、UDC 621. 375. 4 F 81 1992-12-17发布GB/T 13975 92 Direct current amplifiers Characteristics and test methods 1993-07-01实施国家技术监督局发布(京)新置字023号中华人民共和国国家标准GB/T 13975-92 4峰中国标准出版社出版(北京复外三里河法中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷新华书店北京发行所发行各地新华书店经售版权专有不得翻印* 开本880X1230 1/16 Ep张l 字数27千字1993年12月第一版1993年12月第一次印刷印数1-2500，导书号，1550661-10

2、081 定价2.40 元* 标目230-10中华人民共和国家准大器特性和测试方法Direct current amplifiers Characteristics and test methods 本标准参照采用IEC527-1975(直流放大器特性与测试方法第-版。主题内容与适用范围本标准规定了直流放大器特性及测试方法。GB/T 13975-92 本标准适用于核测量设备中放大微弱直流电流信号的直流放大器，例如电离室高内阻电流源产生的微弱电流信号，适用范围为10-10-HAo直流放大器可以是单独的或作为其它仪器的一部分。2 引用标准GB 8993 核仪器环境试验基本要求与方法3 术语3. 1

3、直流放大器d. c ampl出盯用于放大频率趋于零的电流(电压)放大器。3.2 线性直流放大器linear d. c amplifi盯输出信号与输入信号成线性函数的直流放大器。3.3 对数直流放大器logarithmic d. c amplifier 输出信号与输入信号成对数函数的直流放大器。3.4 直流信号d. c signal 大小不随时间变化或随时间作缓慢变化的信号。3.5零点zero直流放大器输入信号为零时，输出端的电压值叫做零点。3.6零点漂移zero drift 由于放大器前后级之间是直接祸合，前后级工作点的变化引起放大器的零点变化，该现象叫做放大器的零点漂移。3.7 温度漂移te

4、mperat山edrift 温度变化引起的输出信号慢变化。3.8输出指示起伏output indication fluctuations 输入电流为零或某一值时，输出端指示值的摆动现象。3.9 时间漂移time drift 在基准条件下，直流放大器长时间工作所呈现的慢变化。3.10 响应时间respone t1me 当输入信号发生阶跃变化时，输出信号第一次变化到其最终值的90%所需的时间。1992-12-17批准1993-07-01实施l 一一一斗一-、一.-一一.J GB/T 13975-92 3- 11 建立时间settling time 当输入信号发生阶跃变化时，输出信号达到并保持在它最

5、终稳定值的士10%范围内的时间称建立时间。3- 12 恢复时间restoratlOn t1me 放大器输出电压达到饱和后，输出电压由饱和值回到输出最大值的10%所需的时间。3.13 积分非线性integral nonlinearity 放大器的实际输出特性与理想输出特性之间的最大偏差与理想输出特性对应值之比。3.14增益galll输出值与相应的同一性质的输入值之比。4 特性与测试方法所用测试设备均应在标定的有效期内。信号源用高内阻直流电流源，输出电流不小于lO-HA时，准确度优于士2%.电流小于10-HA时，准确度优于士5%。测试用的数字电压表应具有有效数字四至五位。4. 1 噪声测量放大器输

6、入端开路并屏蔽，输出端直接用1Hz4MHz(或频带更宽)均方根电压表或选频放大器测量噪声电压。4.2 电流增益测量放大器输入电流信号Ii放大器输出端接数字电流表与负载电阻RL相串联，测量输出电流值为1得电流增益2A=争(1) 以上输入电流值应在每个量程范围内选取四个测试点，用平均法计算增益值，负载电阻RL选取实际负载值。4. 3 开环电压增益测试开环电压增益测试如图1。放大器输入端送入测试信号矶，放大器输出端接数字电压表。短路负反馈元件，并以可变电压u.代替运算电压1).品.RF为反馈电阻，调节可变电压队，使反馈回路无电流流通呈断开状态。在输出端测得输出电压值U放大器的开环电压增益值为:A U

7、2Uv十U)_ u2 二一二一。-U) - u) - u, - U. . (2) 2 GB/T 13975-92 放大器一A 4.4 响应时间和建立时间测量响应时间和建立时间是针对上升和下降的阶跃而测量的。要给出响应时间值，同时最好给出建立时间值。图2给出了(线性仪器)不同的响应时间(上升时间、下降时间tfr)和不同的建立时间(上升时间t、下降时间t，)0 1. U, 川剧拥而11 t t t f ,. , 份压器开环增益测试10 自展向开提电池1. U. OOOS I-7 3D 图lt s/c t 响应时间、建立时间和斜率l:D/ ill t 图2表l给出了所考虑的最终指示变化。如果选择不同

8、的输入电流阶跃变化，则必须给出起始和终了的精确值。J 3 一二牛、-一GB/T 13975-92 表1输入量和输出量的变化输出指示变化类型输入电流阶跃变化响应时间建立时间。所考虑的。O91，或。(o.9或1.10)0)线性仪器额定值(max)0- Q. 9U 0 或0-(0.9-1.10)Uo1)上升对数仪器10-.910或相应1，(9或1l)n1或相11-1011 的U，变化应的U，变化线性仪器所考虑的额定Io_O.1010或10-+ (0.1010) 1) 值l(max)OUo-0.10Uo 或U，士(0.1日UO)I)下降对数仪器10-0111，或1，(lO. 11或0.09)101)1

9、011.-.11 相应的U，变化或相应的U，变化注，1)输出指示达到并保持在这两个数值之间的括国以内的时刻决定了建立时间。2)在对数仪器中，输出的90%相当于阶跃输入电流的80%。4.4.1 一般情况和比较短的时间在一般情况下当被测时间短如短于1s)，可使用具有适当余辉的双迹慢扫描示波器，并对输出信号拍照记录。图3是从波形图上读出的响应时间和建立时间实例。若只有单迹示波器可供使用时，取一参考标记作为起始时刻。t . t t ,. t ,. t 图3上升时间和下降时间4.4.2 比较长的时间这里所指的时间大于1s。当无直接输出可供利用时，只好用检流计观察，用电子记时器测量时间，但其精度不高。当有

10、直接输出可供利用时，可按照图4安排测量，使用两个阕继电器和一个电子记时器。这个方法只能测量响应时间。为了测量建立时间必须使用示波器或记录仪。图4中继电器R，是常开的高灵敏继电器，触发电压被调节在Un，继电器凡是常闭的，触发电压调节在U。触发电压与输入电流1，的电流值应相对应见表2。所选输入电流对线性放大器应等于Ii(min)或儿)，而对数放大器则选毕。4 GB/T 13975-92 表2触发值上升下降触发电压U U U U 线性仪器。0.91; L O. 1I; 对数仪器1; 91; 1; 0.1; 表2中以上升为例:Un为被测量直流放大器的输出电压起始值。U为被测量直流放大器输出电压上升到最

11、终值的90%时的幅度值。由图4测量时按下按钮开关(持续几秒钟，且1一动作就松予以控制阶跃变化和记时器的启动。在第一个继电器Rl接通的时候，第二个继电器还未通电，因而维持着电路的闭合。当电压达到U时，继电器儿启动，打开接点，记时器中止记时，此时数字记时器记录的时间就是放大器的响应时间。放大器输入信号源用阶跃函数产生器。测量下降时间时，继电器R2(U的下触发阔必须低于表2给出的值。U O u= u 绪电器R.图4注g按钮的触点松开后，记时器继续工作.4.4.3 用放射源作信号源幢钮开提-记时嚣。u=IUu 维电器R.响应时间测量装置亘酣E景画量产生器可用电离辐射源和电离室代替电流产生器。辐射源的选

12、择和安置较方便，只要迅速改变屏蔽物就能产生所希望的阶跃。4.5积分非线性测量测量时首先找到直流放大器最大输出幅度时所需的输入电流值，然后调节信号源输出不同的信号值作为测试点，测量点m应大于10，输出接数字电压(电流)表，分别测量出相应的输出信号值。根据测量数据，在坐标纸上作出放大器的实际幅度特性曲线如图505 画自由一一_-=.斗.一二千二、止一一一4二二一干一一一GB/T 13975-92 输入, E直U线性仪器)111.军】I.I.ul U. 1. I 。l1IM 1 1 U.，.萃J-UM晴穰运幅骨间同IdI. U, 10-11, (对量也.，上图中直线1、2为参考直线。直线l为理想的幅

13、度特性曲线，它是由通过坐标原点和由额定的最大输出幅度U叩或1O(max)与输入最大电流Ii(四川决定的点之间的一条直线。直线2为平均直线，它是由自测法或数学方法(如最小二乘法或分段平均法)给出。曲线3是测量的实际幅度特性曲线。在不同的输入电流下测得相应的输出值。取其中最大的线性偏差除以平均直线2相对应点的值。积分非线性系数为2图5线性特性X一线性仪器的点，0对数仪器的点10-11 +1 10-啡10-11, (3) XIOO% (U02-UOl) U .1i= 或(4) XIOO% I-101 102 Ii= 式中=U以I为曲线3实测点的纵坐标;U以10，)-一为直线2与曲线3相对应点的纵坐标

14、。4.6 时间漂移测量4.6.1 测量时间的规定短期稳定性测量可规定为lh，8. 6 GB/T 13975-92 中期稳定性测量可规定为7h或24h，b 长期稳定性测量可规定为10天gd. 特长期稳定性测量可规定为3个月。4.6.2 漂移值的测量被测直流放大器输入端送入幅值1，_，/2的输入电流，输出端接自动记录仪，在断电至少1h后开始。在基准条件下，经过预热时间后开始测量，测量时间按4.6. 1规定选用。图6为典型的漂移曲线。由图6记下z小时内最大漂移值町，并可表示为.S, =括:叫(线性放大器). b. (6) 式中:a一一理论常数，a=U恤，/n,n=N, -N2。N，为输入最小电流时的

15、指数值，N，为输入最大电流时的指数值。将放大器输入端屏蔽，不送入测试信号，用该法也可进行零点漂移时间测量。选择其中最大漂移作为放大器的零点漂移。草帽起住(U，川军l革.l.，.，) 于Xl州(对数放大器), / / / AU. 1. b 7 ah哥?tancr且旦At AUlh I /斗, 瞌翩lb o 噩擅童时间l 断电lbU U,. 矶=?三时间漂移测量图6-2 4.6.3 如果希望有较高的测量精度，则以长半衰期放射源照射适合于测量用的电离室来产生输入电流。这样可避免电流产生器引起的漂移。4. 7 温度试验4. 7. 1 额定温度漂移测量将被测放大器放入恒温箱内，放大器输入Ii(mu)/2

16、电流，输出端接数字电压表，在基准温度To=20土2C肘，经过热平衡时间后，由数字电压表测得输出电压值为U20，然后调节温箱温度至高温限值T一十一一一7 -一一一一、一一一，揣GB/T 1397592 经过段热平衡时间后，测得输出电压值为U则高温平均温度系数为:ST2 =旦L二卫201.1 . . . . .叫7)U20 T2-To 低温试验方法同高温试验，将温箱温度降至低温限值T，o求出低温平均温度系数S口，则该放大器的温度系数为STl与ST2的平均值。直流放大器工作温度范围按GB8993. 2规定执行。图7表示在试验室使用条件下，随温度变化的曲线。U U, U . w -U, 2u土1ocl

17、 T, .C 20土rc短期嚣移，略直辑，二卢二卢J Tz .C 图7随温度的变化20士rcF E T 在限值温度下如540C之间随温度变化的总变化系数K可表示为2打_TTKHT40=-7?-i.(8) 同样用百分数表示为:n. - n eT=丁一5Xl00%(线性放大器. . . . . (9) LI O(max) n - U. eT =一旦z-100%(对数放大器). . . . ,., . . (10) 4.7.2极限工作温度试验由室温20C降到OC.经过热稳定时间后上升到60C.再经过一段热稳定时间后恢复到额定工作温度。当温度恢复到额定工作条件后，在30min之内放大器的工作特性必须再

18、次得到满足。4.8 电源电压的变化对输出的影响放大器输入端送入/，归叫/2的输入电流，输出端接数字电压表，负载开路。4.8. 1 交流电直接供电放大器供电电压依次被调到额定值UN，UN-I0%、UN+I0%.在输出端测出相应的输出电压值分别为UOU1与Uo其中Uo=U(m副/2。由于交流电压变化引起的输出影响值2U, _ u2一|&.1+1+1&人|Ku=一亏了一-UN HH-HH-. .(11) 同样也可表示为3eu =史?1%(线性放大器) eu =咛旦X100%-牛二，-_-，出户飞一GB/T 13975 92 U.o 3dB 。f.Hz tlf 图9带宽4.10恢复时间测量被测放大器送

19、入具有足够大小和具有)定持续时间的电流Im剧M圳t沃(如士10I阳如图1川O.相应的放大器输出电流为I儿伽恤阳.输出电压为U阳挝。停止输入电流，测量由停止到输出电压达到O.lU阳刚二个瞬间之间的时间间隔.p为恢复时间tres0 的I f.咽plum飞1 IOm&J, ,; U.,III.,.) t 。1, I Iiu I , t H革。t 图10恢复时间4. 11 量程间的一致性检验首先置仪表的量程开关于较低档，送入输入电流，使放大器输出指示值电压U01或电流01到达该量程的90%值。然后将仪器量程开关转换到下一个较高的量程，输入电流值不变，此时放大器输出指示值为U或I。这两个量程间的一致性为

20、:,(U - U , )l_ . el-2 = I一罚fIX 100% (14) 10 一斗GB/T 13975 92 或el_2二坐示Jx叫.(15) 4.12 输出指示起伏在输入电流为零输入端屏蔽或输入电流取I阳刚/2时所观察到的输出指示的高低频变化。4.12.1 放大器没有直接输出端放大器没有直接输出端时，只能由所接仪表或检流计读到最大变化，如在输出电流Io=Io(皿时/2处指示出跨于I。两侧的变化为A1，恤军。4.12.2 放大器有直接输出端可用超过4MHz3dB带宽的高灵敏示波器(例如15mV/cm)上读到高频起伏值。在1，=0和1;=Ii(max)/2时，在输出端示波器上观察到高频

21、起伏最大峰峰值为/J.UHF恤剧，则放大器由于高频引起的输出指示起伏为:FH =骨干叫(线性放大器).(16) FH =绝回川对数放大器). (17) 低频起伏用约lHz3dB带宽的记录仪读出，在输入电流为零和输入电流为Ii(D叫/2时记录所观察到的最大峰峰值为/J.ULF(四剖，由于低频引起的输出端指示起伏为zFL二号?L00%(线性放大器). (18) 乓出X1叫对数放大器)(19) 4.13输入电容影响放大器输入电容(如所连接的分布电容等)影响仪器的性能如响应时间。因此需检验放大器的最大输入电容量。检验时可把检验电容(由厂家给出的最大值或实际电缆长度并接在输入端，并测出响应时间，用示波器

22、观察输出端有无产生振荡。检验电容应采用高绝缘电容器。4.14 输出端电容影响测定放大器输出端电容影响，可在输出端并接一个电容。其数值一直增加到仪器不能正常工作(如发生振荡等)。该值即为最大电容值。4.15 输出电阻测量及输出负载能力检验用高内阻直流电流源作信号源，调节输入信号电流，使直接输出为U恤对/2，然后改变负载电阻儿，画出曲线U=f(J，)如图11。由此可得到3动态内阻Rid=主. (20) 11 一二一一一一AGB/T 13975 92 (21) R1AU =-1, 静态内阻随负载变化的百分数形式的变化系数为:, (22) KL=算x100% UN 式中，UN=U，阳，/2。必须验证由

23、产品说明书给出的相应允许的输出电压变化量l:;U的输出限值电流-!)L()制造厂必须给出相应与极限工作条件的极限电流值IOf并必须表明放大器的输出端是否允许短路。AU U! U.max z (23) 1. 1.雹随负载的变化1 4.16 输入电阻值估算仪器工作时的输入电压除以输入电流即为输入电阻。U, ri = 1; 图11。放大器无负反馈或虽有负反馈而不能断开时，UE的测量时常是困难的，因此未作考虑。放大器有负反馈并能断开时，己知开环增益为A的情况下旦Ao:Yl，Ii非常低时，则有. (24) p均-Av-Fo phU EA UZ工一r 每一个反馈电阻值对应一个输入电阻值，当负反馈系数不为时

24、.A必须被反馈系数除。在对数放大器里，输入电阻是输入电流的函数，因反馈元件是对数元件(二极管或变换器).它的阻值随I1而变化，因而给出值时应标明输入电流值。4. 17 误差4. 17. 1 没有直接输出端放大器输入端送入经过标定的电流值孔，在输出端指示仪表读数读得100则测量误差为1一1，。相对误差为12 GB/T 13975-92 时一(25) 对线性放大器，应计算五个点，而对数放大器则取n十1个点。n为十进位数。4.17.2有直接输出端放大器输入端送入经过标定的电流孔，放大器输出端测得电压值为矶，计算值Ui=Ii品。该线性放大器的相对误差为=L一，_ , e=47一-X 100% (26)

25、 Uo - U , _, e=一气.X 100 % 用该法也可测出对数放大器的相对误差。根据公式计算以=a.lg(b 1J.可知对数放大器的相对误差为2Uo-U, _, e二JU?100%. . . (27) 在U，=a 19(b 1.)中b为理论常数bEIf: 4.17.3 系统误差对线性仪器，输入电流相当于各档最大电流值的一半，对数仪器则应为有效范围内每个1X 10-N 值。例如对向一输入电流连续进行不小于10次的测量，得到相应的输出电流儿，102，HIm-或输出电压U01，U02um-。若这些值的算术平均值是70或瓦，于是放大器的(绝对的)系统误差可由下式给出。 . (28) e2170

26、-I1或eu= Uo - Ui 式中sIL为输入标定电流值，Ui=1, .品。系统误差相对值为:(29) 4. 17-4 重复性误差由在连续多次的测量中(如4.l7. 3那样进行连续十次的测量)所计算出来的标准偏差来表示重复性误差。二二(1-10) n -1 est=f100%或阳二哥X100% 一CU 或一. (30) 二二(UU,)2 n -1 S旦2一一一一缸甲一GB/T 13975-92 用百分数表示重复性误差相对值为:向=主叫或问=tx川1)4.18 环境试验如需做温度以外的其它环境试验时可按GB8993的规定进行。附加说明2本标准由中国核工业总公司提出。本标准由中国原子能科学研究院负责起草。本标准主要起草入倪鹤峰。 版权专有不得翻印法节号，155066.1-10081 定价，2.40元提标目230-10飞