問題
次の記述は、マイクロ波等の高周波電力の測定器に用いられるボロメータについて述べたものである。( )内に入れるべき字句の正しい組合せを下の番号から選べ。
- ボロメータは、半導体又は金属が電波を( A )すると温度が上昇し、( B )の値が変化することを利用した素子で、高周波電力の測定に用いられる。ボロメータとしては、( C )やバレッタが使用される。
| A | B | C | |
|---|---|---|---|
| 1 | 吸収 | 抵抗 | サイリスタ |
| 2 | 吸収 | 抵抗 | サーミスタ |
| 3 | 吸収 | 静電容量 | サイリスタ |
| 4 | 反射 | 抵抗 | サーミスタ |
| 5 | 反射 | 静電容量 | サイリスタ |
解答
2
解説
ボロメータによる高周波電力測定(概要)
高周波の電力測定を測定する方法の1つとして、ボロメータブリッジという方法があります。
温度によって変化する素子(サーミスタ)にマイクロ波を照射させ、サーミスタにて電波を吸収させます。
すると、サーミスタの温度が変化し、それに伴って抵抗値が変化します。
ボロメータブリッジは、電波を照射することによって抵抗値が変化する、というサーミスタ特性を利用して、高周波電力を測定する方法です。
ボロメータブリッジの回路図を下記に示します。
ボロメータによる高周波電力測定(詳細)
ボロメータブリッジでは、マイクロ波入力がないときのサーミスタでの消費電力と、マイクロ波入力があるときの消費電力と、2回電力測定を行います。
この2つの電力の差分をとると、高周波電力が求められます。なぜなら、消費電力の増加分が、マイクロ波による電力による増加分だからです。
イメージを下記に示します。
続いて、詳細を説明します。
まず、マイクロ波がないときに、Rを調整して、平衡状態にします。
平衡状態では、RSR2＝R1R3が成り立ちます。
したがって、サーミスタRSに流れる電流をI1とすると、1回目の測定の消費電力P1は、下記の様に表されます。
$$P_1=R_SI_1^2=\frac{R_1R_3}{R_2}I_1^2$$続いて、マイクロ波をサーミスタRSに照射します。すると、平衡状態が崩れるので、Rを調整して、また平衡状態にします。
同様に、サーミスタRSに流れる電流をI2とすると、2回目の測定の消費電力P2は、下記の様に表されます。
$$P_2=R_SI_2^2=\frac{R_1R_3}{R_2}I_2^2$$これより、高周波電力は、下記の様に求めることができます。
$$\begin{eqnarray} P_1-P_2&=&R_SI_1^2-R_SI_2^2 \\ &=&\frac{R_1R_3}{R_2}I_1^2-\frac{R_1R_3}{R_2}I_2^2 \\ &=&(I_1^2-I_2^2)\times \frac{R_1R_3}{R_2} \end{eqnarray}$$