按(àn)功(gōng)率(shuài)傳(chuán)感(gǎn)器技術(shù)類型，可把功率計分為(wéi)3類(lèi)：熱(rè)敏電阻型功率計(jì)，熱電(diàn)偶(ǒu)型(xíng)功(gōng)率計和(hé)晶體檢(jiǎn)波式(shì)功率(shuài)計(jì)。

 

    激光功率計探(tàn)頭(tóu)使(shǐ)用(yòng)熱敏電阻(zǔ)做(zuò)功(gōng)率傳感元件(jiàn)。熱敏(mǐn)電阻值的溫(wēn)度係(xì)數(shù)較(jiào)大(dà)，被(bèi)測信號的功率被熱敏(mǐn)電(diàn)阻(zǔ)吸收後產生熱(rè)量，使其自身(shēn)溫度升(shēng)高，電(diàn)阻值發(fā)生(shēng)顯(xiǎn)著(zhù)變(biàn)化，利用(yòng)電(diàn)阻(zǔ)電(diàn)橋測(cè)量(liáng)電(diàn)阻(zǔ)值(zhí)的變化，顯示功率(shuài)值。

 

    激(jī)光(guāng)功(gōng)率計探頭則是利(lì)用(yòng)熱(rè)電偶型(xíng)功率(shuài)計(jì)中的熱偶結(jié)直接吸收(shōu)高頻信號功率，結點溫(wēn)度升(shēng)高(gāo)，產(chǎn)生溫(wēn)差電勢，電勢的大小正比於(yú)吸(xī)收(shōu)的高(gāo)頻功(gōng)率(shuài)值，進行功率(shuài)測(cè)量。

 

    晶體檢(jiǎn)波(bō)式(shì)功(gōng)率(shuài)計(jì)使用(yòng)晶體(tǐ)二極管(guǎn)檢波器將(jiāng)高(gāo)頻信號(hào)變換為低(dī)頻或直(zhí)流(liú)電信號。適當選(xuǎn)擇(zé)工作點，使(shǐ)檢波(bō)器輸出(chū)信(xìn)號的幅度正比於(yú)高頻信號的功率。

 

    1，熱敏(mǐn)電阻(zǔ)功率傳感器和(hé)功(gōng)率(shuài)計

 

    熱敏電阻是一種由(yóu)金屬(shǔ)氧化(huà)物的(dí)化(huà)合(hé)物(wù)製成的電(diàn)阻(zǔ)器(qì)，隨(suí)溫(wēn)度呈現(xiàn)大(dà)的(dí)電(diàn)阻變化。若(ruò)將熱(rè)敏電(diàn)阻(zǔ)用(yòng)於形成(chéng)功(gōng)率傳感器的終端(duān)，則它的(dí)電阻(zǔ)將隨(suí)外(wài)加(jiā)功率(shuài)引起的(dí)溫升(shēng)而(ér)變。

 

    圖2說明了熱敏電(diàn)阻功(gōng)率計的基(jī)本原(yuán)理。圖2（a）的電(diàn)路表明(míng)對(duì)於(yú)射(shè)頻(pín)輸入(rù)端(duān)上(shàng)出(chū)現的信號，兩(liǎng)個熱(rè)敏電(diàn)阻如何(hé)被(bèi)布(bù)置成並(bìng)聯(lián)以及如何(hé)與功率(shuài)計(jì)相串聯。功(gōng)率(shuài)計(jì)的(dí)連(lián)接跨接在射頻(pín)旁路(lù)電容器兩端，以(yǐ)避(bì)免(miǎn)熱(rè)敏(mǐn)電(diàn)阻那邊(biān)的射(shè)頻(pín)泄露(lòu)。

 

    功率(shuài)計和功(gōng)率(shuài)傳(chuán)感器工(gōng)作原理

 

    激光功率計探(tàn)頭(tóu)的基(jī)本工作原理（（a）熱敏電阻(zǔ)功率傳感器(qì)；（b）自(zì)動(dòng)平衡(héng)電橋）

 

    功率計利用(yòng)稱為自動(dòng)平衡(héng)電(diàn)橋(qiáo)的電路(lù)，該電路提(tí)供(gōng)將熱(rè)敏(mǐn)電(diàn)阻阻(zǔ)值(zhí)RT維持(chí)恒定(dìng)在R值上的(dí)直流(liú)偏置功(gōng)率(shuài)。若熱敏電阻(zǔ)上(shàng)的(dí)射(shè)頻(pín)功率(shuài)增加(jiā)，則(zé)電橋使(shǐ)偏(piān)置功(gōng)率減小一個(gè)相類似(sì)的量。射頻功(gōng)率降低則引起(qǐ)電橋增加偏置功率(shuài)，使熱敏電阻(zǔ)維持(chí)恒定(dìng)的(dí)電阻。功(gōng)率計內(nèi)的(dí)輔助電路對直流功率的這個(gè)變(biàn)化進(jìn)行處理，以(yǐ)獲得功(gōng)率讀數(shù)。

 

    激光功(gōng)率(shuài)計(jì)探頭和(hé)功率(shuài)傳感器工作原(yuán)理(lǐ)

 

    溫度補償(cháng)式(shì)熱(rè)敏電阻(zǔ)傳感(gǎn)器

 

    熱敏電(diàn)阻(zǔ)的阻值隨環境溫度以及射頻和直流功率(shuài)而(ér)變(biàn)，所(suǒ)以(yǐ)溫度(dù)的任何變(biàn)化(huà)都會引(yǐn)起功(gōng)率(shuài)讀(dú)數變化(huà)。現(xiàn)代熱敏電阻功率傳(chuán)感(gǎn)器通過利(lì)用與射頻檢測(cè)熱敏(mǐn)電阻(zǔ)有(yǒu)熱聯(lián)係(xì)但電(diàn)氣上相隔(gé)離的第(dì)二組熱(rè)敏電(diàn)阻(zǔ)來克(kè)服(fú)這一(yī)問題(tí)。圖3示出了溫(wēn)度補償式(shì)熱(rè)敏電阻(zǔ)傳感(gǎn)器(qì)的電路(lù)。這(zhè)類傳(chuán)感器(qì)要求包含兩個(gè)自動平衡電橋以及依據(jù)加到(dào)檢測熱敏(mǐn)電阻和補(bǔ)償熱敏電(diàn)阻上(shàng)的偏置(zhì)信號(hào)來獲(huò)得(dé)功(gōng)率讀(dú)數的電(diàn)路(lù)的功率計(jì)。圖4給出了這類(lèi)功率(shuài)計(jì)的詳細框(kuàng)圖。

 

    激光功率計(jì)探頭和(hé)功(gōng)率(shuài)傳感器(qì)工作原(yuán)理

 

    帶(dài)有溫度補(bǔ)償(cháng)式熱(rè)敏電(diàn)阻功(gōng)率計(jì)原理框圖(tú)（N432A）

 

    將(jiāng)加到射(shè)頻(pín)電橋上的(dí)偏置(zhì)功率(shuài)相對(duì)於加到(dào)補(bǔ)償電(diàn)橋上(shàng)的(dí)功(gōng)率進行比較(jiào)，射(shè)頻(pín)功(gōng)率(shuài)由(yóu)下式(shì)給出：Prf=（Vc^2-Vrf^2）/4R

 

    式(shì)中(zhōng)，Prf為(wéi)射(shè)頻功率；Vc為加(jiā)到補(bǔ)償(cháng)電橋(qiáo)上(shàng)的電壓；Vrf為(wéi)加到射(shè)頻電(diàn)橋上的電壓；R為熱(rè)敏電阻傳感器在平(píng)衡時的(dí)電(diàn)阻。

 

    功(gōng)率計(jì)包(bāo)含一(yī)個(gè)在通Vc與Vrf之和(hé)成(chéng)正比(bǐ)的(dí)時期(qī)內閉(bì)合的電子(zǐ)開關(guān)，從而在儀表測(cè)量部件(jiàn)M中(zhōng)形成電流流動(dòng)，其(qí)大(dà)小通Vc與Vrf之差成正比(bǐ)。通(tōng)過儀表(biǎo)的電流(liú)的平均值(zhí)計算(suàn)式，不加(jiā)射頻功率時，Vc=Vrf，這(zhè)個(gè)條(tiáo)件(jiàn)在(zài)使(shǐ)用者啟(qǐ)動(dòng)自動調零電路時便能得到。現代熱(rè)敏電(diàn)阻(zǔ)功率(shuài)計(jì)提供10mW---1uW輸入功率(shuài)範(fàn)圍的測(cè)量(liáng)能(néng)力（40dB），並可提(tí)供能工(gōng)作(zuò)在100KHZ---1000GHZ頻(pín)率(shuài)範圍(wéi)內不同波段(duàn)的(dí)傳(chuán)感器。

 

    熱敏(mǐn)電阻(zǔ)傳感器曾(zēng)經廣泛用於(yú)一般用(yòng)途(tú)的(dí)功率(shuài)測(cè)量，但它們已被能提(tí)供更佳性能的其(qí)他功率(shuài)檢(jiǎn)測方法取(qǔ)代(dài)。現(xiàn)在的(dí)主(zhǔ)要用途是功率計和(hé)傳感器(qì)的(dí)校準。

 

    2，熱電(diàn)偶功(gōng)率傳(chuán)感器和(hé)激光(guāng)功率計(jì)探頭

 

    工程師十(shí)分(fēn)希望功(gōng)率(shuài)傳感器具有寬(kuān)動(dòng)態範(fàn)圍(wéi)，低漂移和小駐波比(bǐ)，且一(yī)台儀器能(néng)夠(gòu)容(róng)納(nà)寬(kuān)的頻(pín)率範(fàn)圍。利用(yòng)熱(rè)電偶(ǒu)的(dí)功率傳(chuán)感器便能滿足(zú)這些(xiē)要(yào)求。

 

    兩(liǎng)種相(xiāng)異導體的連(lián)接(jiē)形成一(yī)對熱(rè)電偶結(jié)，這(zhè)些結(jié)兩端(duān)存(cún)在(zài)的(dí)任何溫(wēn)度梯(tī)度將產生電壓(yā)。功率(shuài)傳(chuán)感(gǎn)器的熱(rè)電偶(ǒu)結構被設計成(chéng)包括一(yī)個耗(hào)散(sàn)大(dà)部(bù)分外(wài)加功(gōng)率的(dí)電(diàn)阻(zǔ)器(qì)。電(diàn)阻器(qì)的(dí)的(dí)溫度升高，在(zài)附件(jiàn)的熱電偶(ǒu)結(jié)兩(liǎng)端(duān)便(biàn)形成溫度梯度，從而產生與(yǔ)功(gōng)率成(chéng)正比(bǐ)的(dí)電(diàn)壓。兩(liǎng)組(zǔ)這(zhè)類結(jié)構實際(jì)上可以(yǐ)這樣(yàng)取向(xiàng)，使由電阻器(qì)耗(hào)散的功率(shuài)產生的(dí)溫(wēn)升(shēng)引起兩個熱電偶(ǒu)結(jié)構(gòu)產生相(xiāng)加的溫(wēn)差(chà)電壓，而(ér)由環境溫度變(biàn)化產(chǎn)生(shēng)的(dí)溫度(dù)梯度則(zé)引(yǐn)起(qǐ)相(xiāng)抵(dǐ)消的(dí)溫(wēn)差電(diàn)壓，因而將零讀(dú)數的漂移(yí)減(jiǎn)至小(xiǎo)。該電阻器的阻值被(bèi)設(shè)計成為(wéi)傳(chuán)輸綫提(tí)供良(liáng)好匹(pǐ)配(pèi)的(dí)終端。

 

    功率傳(chuán)感器中使用(yòng)的(dí)熱電(diàn)偶元(yuán)件可能由(yóu)金，（n）型(xíng)矽(guī)和氮化鉭(tǎn)電(diàn)阻(zǔ)材料構成，而(ér)薄膜結構則(zé)提(tí)供(gōng)工作在超過40GHz頻率上(shàng)所需的小尺寸和(hé)精(jīng)密幾何(hé)形狀。是(shì)利用(yòng)這(zhè)些技術(shù)的熱(rè)電偶傳感器的示意(yì)圖(tú)。

 

    功率計(jì)和(hé)功(gōng)率傳感器(qì)工作原理

 

    熱(rè)電(diàn)偶的靈敏度(dù)可(kě)以借(jiè)助其(qí)直流輸(shū)出(chū)電壓的幅度相對(duì)於(yú)傳(chuán)感(gǎn)器(qì)耗散的射(shè)頻功(gōng)率的大(dà)小來(lái)說明。典型靈(líng)敏度約為160uV/mW，低達1.0uW的功率電(diàn)平可以用這(zhè)類傳感器(qì)進行(háng)測(cè)量。必須測量(liáng)的(dí)直流電壓可能低達0.16uV，所以功(gōng)率計內(nèi)部(bù)的放(fàng)大(dà)器(qì)必(bì)須(xū)提供高增益。重(zhòng)要(yào)的是(shì)，這些放大器不(bù)能(néng)添(tiān)加(jiā)到(dào)待(dài)測微(wēi)伏(fú)電壓上或(huò)從(cóng)中減去的任何(hé)附加直(zhí)流偏置(zhì)。

 

    斬(zhǎn)波輸(shū)入(rù)放大器和(hé)同步檢波器能夠(gòu)滿足這個(gè)要求。斬(zhǎn)波器用(yòng)方(fāng)波驅動信(xìn)號(hào)進(jìn)行(háng)工(gōng)作，它直接將交流(liú)耦合放大(dà)器的輸(shū)入電容(róng)器轉接(jiē)傳感(gǎn)器(qì)的輸出(chū)端或者轉接到(dào)地(dì)。輸入(rù)電(diàn)容(róng)器由直(zhí)流輸入電(diàn)壓充(chōng)電並由接地(dì)放電，所(suǒ)以(yǐ)到(dào)放大(dà)器(qì)的(dí)輸入(rù)信(xìn)號變(biàn)成(chéng)幅度正(zhèng)比(bǐ)於(yú)傳感器輸出的方(fāng)波(bō)。交流耦合放大(dà)器(qì)具有足夠高的增(zēng)益，產生數(shù)伏的輸出方(fāng)波(bō)且(qiě)不(bù)包含偏(piān)置(zhì)電(diàn)壓。同步(bù)檢波器(qì)靠與斬波器(qì)一樣(yàng)相(xiāng)同信號(hào)工作的(dí)另(lìng)一(yī)個開(kāi)關，它將(jiāng)放大器(qì)輸(shū)出與RC（電(diàn)阻(zǔ)器(qì)）濾波(bō)器相(xiāng)連(lián)或(huò)將濾(lǜ)波器輸(shū)入(rù)接(jiē)地(dì)。由於輸出轉接與(yǔ)輸入(rù)斬波器同步，故濾波(bō)電容器(qì)由(yóu)輸入直流電(diàn)壓產生的方波的同一半周(zhōu)期充(chōng)電(diàn)。濾(lǜ)波(bō)器的(dí)輸出(chū)是很容易加以(yǐ)處(chǔ)理和(hé)顯示的(dí)直流電壓。

 

    功(gōng)率(shuài)計和(hé)功率傳(chuán)感(gǎn)器工作(zuò)原理(lǐ)

 

    整(zhěng)個功(gōng)率(shuài)計的結構框圖(tú)。斬(zhǎn)波器和(hé)輸(shū)入(rù)放大器的一部分(fēn)包含(hán)在(zài)傳感器(qì)中，所(suǒ)以電平相當高的信號被(bèi)傳送至功(gōng)率(shuài)計，在(zài)此，信(xìn)號(hào)經放(fàng)大(dà)，由(yóu)同(tóng)步(bù)檢波(bō)器(qì)變(biàn)回(huí)到(dào)直(zhí)流(liú)，再(zài)由(yóu)儀表顯示。在(zài)利(lì)用熱(rè)電(diàn)偶傳(chuán)感器的數(shù)字(zì)式功率計或基(jī)於(yú)微(wēi)處理器(qì)的(dí)功率計(jì)中(zhōng)也存(cún)在類似電路。現代熱電偶(ǒu)式功(gōng)率(shuài)計提供在(zài)100mW到(dào)1uW（50dB）輸(shū)入功率(shuài)範(fàn)圍的功率測(cè)量能力。

 

    大多(duō)數熱(rè)電偶(ǒu)式功率計(jì)都提供了具有已校輸出功率的精(jīng)密參考(kǎo)源(yuán)，它(tā)用於(yú)調(tiáo)節係統(tǒng)的(dí)增益，以補償熱電(diàn)偶不同(tóng)元件(jiàn)之(zhī)間靈敏(mǐn)度(dù)的(dí)變(biàn)化。每(měi)當(dāng)將(jiāng)不同(tóng)的傳(chuán)感器與(yǔ)功(gōng)率計相(xiāng)連時，使用者進行(háng)這(zhè)一調(tiáo)節，這一過程可(kě)以簡(jiǎn)單(dān)到(dào)將(jiāng)傳感(gǎn)器與參考源相連並按動(dòng)相應(yīng)按(àn)鈕。

 

    功率計(jì)和功(gōng)率(shuài)傳感器工作(zuò)原理(lǐ)

 

    3，二(èr)極管功率(shuài)傳感器(qì)和功率(shuài)計(jì)

 

    利(lì)用(yòng)半(bàn)導體(tǐ)二極(jí)管(guǎn)作(zuò)為(wéi)檢(jiǎn)波元(yuán)件有可(kě)能測量極低的功率電平。圖8示(shì)出(chū)了(liǎo)二(èr)極管傳感器的(dí)簡(jiǎn)單(dān)形式。可以看出，它包(bāo)含隔(gé)直(zhí)流(liú)電容(róng)器(qì)，終端電(diàn)阻器(qì)，二(èr)極(jí)管和(hé)射(shè)頻旁路(lù)電容器(qì)。流過(guò)二極管的電(diàn)流是(shì)負載電阻(zǔ)器兩(liǎng)端(duān)出現(xiàn)的外(wài)加電壓的非(fēi)綫(xiàn)性函(hán)數。某些二(èr)極管(guǎn)在很低(dī)的(dí)外加電(diàn)壓（mV級）下將傳導(dǎo)顯著電(diàn)流(liú)（u*），但仍(réng)然存(cún)在非(fēi)綫(xiàn)性關係，並(bìng)引起遵循(xún)外加電(diàn)壓(yā)平方（即平方律(lǜ)響(xiǎng)應(yīng)）的整流輸出(chū)，因(yīn)而(ér)服(fú)從冪次(cì)關係(xì)。給(gěi)出的數據說(shuō)明，工(gōng)作在平(píng)方(fāng)律區域(yù)時，檢測二(èr)極(jí)管(guǎn)的(dí)輸(shū)出(chū)直接效仿輸(shū)入功率(shuài)變(biàn)化。由於檢波(bō)機(jī)理(lǐ)服從冪(mì)次(cì)關係(xì)，故(gù)平(píng)方律(lǜ)二極管傳(chuán)感器(qì)將指示(shì)復合波形(xíng)總(zǒng)功(gōng)率的正確值(zhí)。