热敏电阻功率探头及其功率测量应用

1）热敏电阻探头

测热电阻，特别是热敏电阻功率探头在射频/微波功率测量的历史上曾占有重要的地位，而近年来半导体热电偶和检波二极管技术由于其不断提高的灵敏度、更宽的动态范围以及更大的功率检测能力，已经夺取了测热电阻探头应用的大部分领域。然而，由于热敏电阻探头的直流功率替代性能，使其具有很高的稳定性，因此在功率传递标准领域仍然得到了广泛的应用。

热敏电阻功率探头是利用温度变化引起阻值变化来工作的，这种温度变化来源于在测热电阻元件上将射频或微波能量转变为热能。热敏电阻探头有两种基本类型：镇流电阻和热敏电阻。镇流电阻是具有正的电阻温度系数的细丝，热敏电阻则是具有负温度系数的半导体。

为使电阻对很小量的耗散射频功率有可测量的变化，镇流电阻由一段极细而短的金属丝构成。镇流电阻的最大可测量功率受其烧毁电平的限制，一般只有10 mW多一点，由于较为脆弱，现在已经很少使用了。

用于射频和微波功率测量的热敏电阻是一个金属氧化物的小珠，一般直径为0.4 mm以下，带有直径为0.03 mm的金属引线。热敏电阻的电阻随功率变化的特性是高度非线性的，且彼此之间差别极大。热敏电阻在吸收微波功率后温度升高，阻值减小，其阻值的变化量由电桥来检测。

热敏电阻功率探头的基本原理如图7-7所示，两个热敏电阻按并联方式与射频输入端信号相连，同时以串联方式与功率计内部相连。在热敏电阻与功率计内部之间有一个旁路电容，旁路电容的主要作用是避免射频信号的泄漏。

配接热敏电阻探头的检测电桥通常有两种：平衡式电桥和失衡式电桥。采用失衡式电桥的功率计电路实现较为简单，但精确度低，无法消除环境温度的影响。图7-8是单平衡电桥的基本原理框图，平衡电桥技术是借助于直流或低频交流偏置使热敏电阻元件保持在一个恒定的阻值R上，当微波功率耗散在热敏电阻上时，热敏电阻的值变小，这时偏置电流也减小，使电桥重新平衡，保持R仍为同一数值。偏置电流的减少量应与微波功率相对应，以此得到微波功率的大小并指示，这就是热敏电阻功率探头直流替代法测量射频或微波功率的基本原理。(www.xing528.com)

图7-7　热敏电阻功率探头基本原理框图

图7-8　单平衡电桥基本原理框图

由于热敏电阻是温度敏感器件，环境温度变化会引起功率测量的误差，因此引入了温度补偿。具体实现方法是采用双自平衡电桥，除上述的平衡电桥外，另设一个完全对称的参考电桥，所不同的是，参考电桥的热敏电阻R专用于环境温度补偿而不吸收微波功率。在温度/电阻特性上，补偿热敏电阻与检测热敏电阻相匹配。应用该技术的典型代表有国产GX-12型、GX-13型以及HP公司的HP432A功率计。

2）热敏电阻功率计

热敏电阻功率计由于测量功率范围小、测量速度低等原因目前已被热偶式功率计和二极管式所替代，热敏电阻功率探头内热敏电阻所吸收的射频功率与热敏电阻上的直流替代功率有相同的热效应，被认为是“闭环”的，稳定性很好，因此在功率溯源方面仍作为主要的仪器。