【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电子、电路，具体涉及一种电流积分式电荷源。
技术介绍
1、电荷量简称电量，是物体所带电荷的量值，单位是库伦(记号为c)简称库。电荷分为正电荷和负电荷。
2、电荷源提供标准电荷输出，用于电荷放大器、电荷测试设备的计量检定，是静电防护体系中的重要标准设备。
3、电容的电容值c是电容器所带的电荷量q与电容器两极板间的电势差u的比值，即电容器一旦选定，电容值即为确定值，除既定的温度系数、湿度系数和老化外，在实验室中可用电桥便捷准确的测量出电容的电容值。依据电容的定义可知，电容是电荷源中电荷量q与电容容值c、电容两端电压u成正比，当电容确定后，电容值c保持不变，电荷量q仅与电容两极板之间的电压值有关。
4、依据电容的定义可制作出电容电压式电荷源，电容一旦生产完成后，其电容值即确定，电容内储存电荷量与体电容上的电压成正比。
5、电流是指电荷的定向流动。电流大小是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量，每秒通过一库伦的电量称为一安培，即由此可知，当输出电流一定时，输出电荷量只与输出时长有关。
6、根据电流的定义，当输出电流确定后，控制电流输出时间可以便捷的实现输出电荷量的控制，此为电流时间型电荷源的原理。
7、电流积分式电荷源输出恒定电流，电荷量输出与时间成线性关系，输出时间长则输出电荷量大，且电荷输出匀速，控制方便。
8、市面上现有的电荷标准源如kistler公司的5393a即为电容电压式电荷源，通过控制标准电容上的电压值实现标准电荷的输出。同时
9、然而，现有技术中仍存在以下几方面问题：
10、(1)需要先充电才能输出电荷。电容电压式电荷源的容量受电容容量和其耐压值影响，电荷值有限，电荷输出时速度受负载阻抗和电容本身特性影响，电荷不是匀速输出的。电容电压式电荷源是储能式电荷源，需要先充电，使得电容内有电荷储存后，方可进行输出，待电容内储存的电荷输出完毕后，需要再次进行充电才可以继续输出电荷，且可输出的最大电荷量取决于电容容值大小和耐压值。
11、(2)安全性需要特别注意。电容电压式电荷源需配置泄放电路，待输出完成后，将电容上残留的电荷量泄放，以免影响下次测量或者因电容带电关机对操作人员和设备造成损坏。电容型电荷源使用完毕后，需将输出接地，形成电流通道，将电容上电荷泄放，使得电容上的电压为0v，与大地之间不存在电压差，防止在再次使用或者搬动过程中，因电容带电，发生放电，导致操作人员受到电击，或者设备内部因电容放电发生损坏，出现人员和设备损伤。
12、(3)对负载要求高，受限要求阻抗匹配，电容电压式电荷源若是开环电路式，要求电容积分式电荷测量设备的电容值必须要远大于电荷源中的电容，否则会形成电容分压，无法按照预期输出设定的电荷值。其次，电荷输出时在电荷源与负载之间始终有电压差，且电压差的正负需与电荷源的正负保持一致。若电荷源与负载之间电压差为零，电荷不再输出；当输出电荷源与负载之间的电压差的正负向相反，电荷从负载流向电荷源、使得电荷源被倒灌，无法实现预期电荷源功能。
13、(4)电荷输出非线性。电容电压式电荷源在输出电荷时，随着电荷输出，电容上的电压下降，与负载之间的电压差逐渐变小，整个放大曲线的斜率呈现先大后小的趋势。
14、(5)高准确度电容电压式电荷源结构和操作复杂。电容式电荷源结构复杂，如图1所示，包含充电用电压源、泄放电路、标准电容、标准电容上电压实时测量用标准电压表，以及用于功能切换的继电器组。继电器组也可以是非实体存在的，通过操作人员手动更换连接线实现相应连接来实现。工作流程：第一步电压源给标准电容充电，第二步记录电容上的电压值u1，第三步输出电荷，第四步记录电容上的电压值u2，第五步输出电荷量标准值为q＝c×(u1-u2)，第六步将标准电容两端接到泄放通道上，实时观察标准电压表上的电压值，直到电压示值为0后停止。
技术实现思路
1、为解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种电流积分式电荷源。
2、本专利技术实施例的电流积分式电荷源，包括标准电压源、跨导放大器、程控开关和控制器。
3、进一步地，所述程控开关为单刀双掷开关，动端连接所述跨导放大器的输入端，第一不动端连接所述标准电压源的输出，第二不动端接地。
4、进一步地，所述程控开关的动端的默认状态为通过所述第二不动端将所述跨导放大器接地，所述控制器用于输出开关控制信号，控制所述程控开关的位置。
5、进一步地，所述跨导放大器包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、反馈电阻、第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器。
6、进一步地，所述跨导放大器的电路结构为：输入电压的高低端分别经过第二电阻和第三电阻连接到第一运算放大器的正负输入端，第一运算放大器的输出端与反馈电阻连接，且同时还与第二运算放大器的正输入端相连，第二运算放大器的负输入端与输出端短接后串接第四电阻，然后连接到第一放大器的负输入端，反馈电阻的另一端接入第三运算放大器的正输入端，第三运算放大器的负输入端与输出端短接后串接第一电阻，然后连接到第一放大器的正输入端，输入电压经过电阻比例分压后加在反馈电阻的两端，其中，第一电阻和第四电阻的阻值相同，第二电阻和第三电阻的阻值相同。
7、进一步地，所述跨导放大器的原理为：
8、输入电压为v，经各电阻分压，和经过各运算放大器和反馈电阻后得到恒电流io输出，令r2/r1＝r3/r4＝k，则实际加载在反馈电阻rf上的电压vo＝v/k，则输出恒电流io为反馈电阻上的电流值，为：
9、
10、进一步地，所述电荷源，根据需要输出的电荷量q设定程控开关导通时间t和电流输出值i，其中，设定电流输出值i还具体包括设定电压输出值和设定跨导放大器量程两部分；
11、设所述标准电压源的电流输出范围为-imax～imax，最小分辨率为ires，最大输出电流值为imax，令qb为控制方式分割点，当ires≤0.01imax时，qb＝100s×ires，否则qb＝0.01s×imax。
12、进一步地，程控开关导通时间t的确定方法为：
13、a.当q＞1s×imax时，输出电流值为imax，输出时间
14、b.当qb≤q≤1s×imax时，t＝1s，所述电荷源中的输出电流值
15、c.当q＜qb时，输出电流值为100ires，输出时间t＝0.1s，
16、进一步地，所述电荷源的输出控制过程如下：
17、a.电荷输出前，程控开关置于第二不动端导通状态，根据计算出的输出电流值i设定所述标准电压源的工作状态；
18、b.将程控开关置于第一不动端导通状态，电荷输本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电流积分式电荷源，其特征在于，包括标准电压源、跨导放大器、程控开关(K)和控制器。
2.根据权利要求1所述的电流积分式电荷源，其特征在于，所述程控开关(K)为单刀双掷开关，动端连接所述跨导放大器的输入端，第一不动端连接所述标准电压源的输出，第二不动端接地。
3.根据权利要求2所述的电流积分式电荷源，其特征在于，所述程控开关(K)的动端的默认状态为通过所述第二不动端将所述跨导放大器接地，所述控制器用于输出开关控制信号，控制所述程控开关(K)的位置。
4.根据权利要求1所述的电流积分式电荷源，其特征在于，所述跨导放大器包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、反馈电阻(Rf)、第一运算放大器(U1)、第二运算放大器(U2)和第三运算放大器(U3)。
5.根据权利要求4所述的电流积分式电荷源，其特征在于，所述跨导放大器的电路结构为：
6.根据权利要求5所述的电流积分式电荷源，其特征在于，所述跨导放大器的原理为：
7.根据权利要求1-6中任一项所述的电流积分式电荷源，其特征在
8.根据权利要求7所述的电流积分式电荷源，其特征在于，程控开关(K)导通时间t的确定方法为：
9.根据权利要求7所述的电流积分式电荷源，其特征在于，所述电荷源的输出控制过程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种电流积分式电荷源，其特征在于，包括标准电压源、跨导放大器、程控开关(k)和控制器。
2.根据权利要求1所述的电流积分式电荷源，其特征在于，所述程控开关(k)为单刀双掷开关，动端连接所述跨导放大器的输入端，第一不动端连接所述标准电压源的输出，第二不动端接地。
3.根据权利要求2所述的电流积分式电荷源，其特征在于，所述程控开关(k)的动端的默认状态为通过所述第二不动端将所述跨导放大器接地，所述控制器用于输出开关控制信号，控制所述程控开关(k)的位置。
4.根据权利要求1所述的电流积分式电荷源，其特征在于，所述跨导放大器包括第一电阻(r1)、第二电阻(r2)、第三电阻(r3)、第四电阻(r4)、反馈电阻(rf)、第一运算放大器(u1...
【专利技术属性】
技术研发人员：焦海妮，王逸洲，李晶晶，张军齐，高海峰，孙智，王伟，薛颖果，
申请(专利权)人：北京东方计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：
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