交流电荷源及其校准方法技术

交流电荷源及其校准方法。所述交流电荷源可以在一定的范围内，输出电荷量受输出负载和输出电压的影响很小，能准确、稳定地输出交流电荷，具有交流恒荷源的特性，因而能适用于高精度电路。其特征在于，包括内部交流电压源，所述内部交流电压源通过内部参考电容连接电荷输出高端，所述内部参考电容的两端对应连接差分放大电路的两个输入端，所述差分放大电路的输出端连接交直流转换电路的输入端，所述交直流转换电路的输出端通过模数转换电路连接微处理器，所述微处理器连接内部交流电压源，所述内部交流电压源为程控交流电压源，相对于所述电荷输出高端的电荷输出低端接地。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电荷源技术，特别是ー种。所述交流电荷源的输出电荷量受输出负载和输出电压的影响很小，具有交流恒荷源的特性，能适用于高精度电路。
技术介绍
用于校准交流电荷测量仪器、交流电荷放大器和交流信号调理器的交流电荷源，也称交流电荷校准器，均采用如图1所示基本工作原理。图1是现有技术交流电荷源的电路原理结构图。图1中，交流电荷源I包括交流电压源Es，所述交流电压源Es —端通过内部參考电容Cs连接电荷输出高端2，另一端连接电荷输出低端3，交流电荷量Qo自内部參考电容Cs经电荷输出高端2输出。在交流电压值Es和电容值Cs已知的情况下，根据公式(I)确定输出的交流电荷量Q。，其前提是输出电压为零，或者小到可以忽略的程度。Q0=CsXEs....................................(I)这种电荷源结构简单，输出噪声小，但存在着如下问题:(I)输出电荷量受被校准仪器的输入电容的影响:由于交流电荷源主要用于校准交流电荷测试仪器和交流电荷放大器等，某些被校准的仪器采用电容器对电荷量进行采样，该电容器成为交流电荷源输出端的负载，这时，等效电路如图2所示。图2是现有技术电荷源接入电容负载时的等效电 路结构原理图。在图2中，交流电荷源I的电荷输出高端2与电荷输出低端3之间连接着负载电容Q。当输出端的负载电容值为4吋，实际的输出电荷量为:— (. ( 1- y F/ ) ° C +^i s由负载电容引起的输出电荷量相对误差Y c；为: (.'f =---…J (L +(’*由公式(3)可知，Q越小，产生的误差越大。只有当Q远大于Cs时，其影响才能忽略。有的被校仪器最小的输入等效电容值4为100pF，当交流电荷源的内部參考电容值Cs等于IOOpF时，此项误差达到50%。交流电荷源输出电荷量受被校准仪器的输入电容的影响非常大。(2)输出电荷量受被校仪器输入端输入电压的影响:当被校准仪器的输入端存在输入电压时，交流电荷源的实际输出电荷量为:Q0=CsX (Es-Vi)…… ....................................⑷输入电压的不确定对交流电荷源输出的电荷量有着直接的影响。特别是在准确度要求高的工作环境下，这ー问题更为突出
技术实现思路
为了解决现有交流电荷源中存在的输出电荷量受输出负载和输出电压的影响问题，本专利技术提供ー种。所述交流电荷源可以在一定的范围内，输出电荷量受输出负载和输出电压的影响很小，能准确、稳定地输出交流电荷，具有交流恒荷源的特性，因而能适用于高精度电路。本专利技术的技术方案如下:交流电荷源，其特征在于，包括内部交流电压源，所述内部交流电压源通过内部參考电容连接电荷输出高端，所述内部參考电容的两端对应连接差分放大电路的两个输入端，所述差分放大电路的输出端连接交直流转换电路的输入端，所述交直流转换电路的输出端通过模数转换电路连接微处理器，所述微处理器连接内部交流电压源，所述内部交流电压源为程控交流电压源，相对于所述电荷输出高端的电荷输出低端接地。所述微处理器为单片微处理器。所述程控交流电压源为程控正弦电压发生器。所述程控交流电压源由数模转换电路DAC和低通滤波器组成，产生正弦电压信号，频率范围0.1Hz 10kHz，输出的交流电压有效值为I 10V，相对误差小于0.03%。在所述电荷输出高端与所述电荷输出低端之间设置有等电位屏蔽端。所述差分放大电路连接另一放大电路的同相端，所述另ー放大电路的反相端与输出端均连接跟随电压输出端。用于上述交流电荷源的反馈自动调整方法，其特征在于包括如下步骤:A、程控交流电压源输出电压Vil`等于输出电荷量设定值Qs除以内部參考电容的电容值Cs;B、測量出内部參考电容两端的交流电压有效值Vcl，并据此进行反馈调整； / \ I/'C、用逼近通式なt计算程控交流电压源的下ー个设定值Vi(n);式中:Vi(n)表示第n次程控交流电压源输出电压设定值，Vi(Iri)表示第(n-1)次程控交流电压源输出电压设定值，Vcfc^1)表示第(n-1)次測量出的内部參考电容两端的交流电压有效值；利用所述逼近通式达到输出电荷量设定值与输出电荷量实际值之间的差值满足误差要求吋，则结束反馈调整。用于上述交流电荷源的校准方法，其特征在于，包括如下步骤:A、在电荷输出端连接ー个标准电容，其电容值为Cn ;B、交流电荷源输出电荷量设置为0，采用数字交流电压表測量跟随电压输出端的第一个交流电压值VfI ;C、交流电荷源输出电荷量设置为Qs，采用数字交流电压表測量跟随电压输出端的第二个交流电压值VF2，通过Vf2减去VfI后得到VF，通过Vf与Cn的乘积得到输出电荷量标准值Qn，比较设置值Qs与标准值Qn完成校准。本专利技术的技术效果:采用本专利技术的技术方案，具有很好的恒荷特性，等效源电容小于KT15F ;消除了泄漏和干扰对输出电荷量的影响，保证交流电荷量的准确输出，解决了现有交流电荷源中存在的输出电荷量受输出电压和负载电容的影响问题。标准电容器的电容值可以溯源到电容參数，数字多用表的交流电压测量溯源到交流电压參数。因此，本专利技术的交流电荷源校准方法，交流电荷量可以直接溯源到交流电压和电容參数。附图说明图1是现有技术交流电荷源的电路原理结构图。图2是现有技术电荷源接入电容负载时的等效电路结构原理图。图3是实施本专利技术的交流电荷源的电路原理结构图。图4是另ー个实施本专利技术的交流电荷源的电路原理结构图。图5是实施本专利技术校准交流电荷源的方法采用的校准电路结构原理图。图6是现有交流电荷源技术的电压矢量图。附图标记列示如下:1_交流电荷源；2_电荷输出高端；3_电荷输出低端；Es -内部交流电压源；Cs-内部參考电容；Qo-输出电荷量；Vo-电荷输出端交流电压；Cf负载电容；4_差分放大电路；5_交直流转换电路；6_模数转换电路；7_微处理器；8_程控交流电压源；a-前向通道；9_单片微处理器；10-程控正弦电压发生器；11-另ー放大电路；12_第I差分放大器；13_屏蔽端；14_跟随电压输出端；15_数字交流电压表；Cn-标准电容；V1-输入交流电压'Ne-内部參考电容两端交流电压；16_差分放大器増益调节电阻；17_差分放大器反向端的等电位点。具体实施例方式下面结合附图(图3-图6)对本专利技术进行说明。图3是实施本专利技术的交流电荷源的电路原理结构图。如图3所示，交流电荷源1，包括内部交流电压源Es，所述内部交流电压源Es通过内部參考电容Cs连接电荷输出高端2，所述内部參考电容Cs的两端对应连接差分放大电路4的两个输入端(+，_)，所述差分放大电路4的输出端连接交直流转换电路5的输入端，所述交直流转换电路5的输出端通过模数转换路6连接微处理器7，所述微处理器7连接内部交流电压源Es，所述内部交流电压源Es采用程控交流电压源8，相对于所述电荷输出高端2的电荷输出低端3接地。图4是另ー个实施本专利技术的交流电荷源的电路原理结构图。如图4所示，所述微处理器7采用单片微处理器9。所述程控交流电压源为程控正弦电压发生器10。所述程控交流电压源8由数模转换电路DAC和低通滤波器组成，产生正弦电压信号，频率范围0.1Hz 10kHz，输出的交流电压有效值为I 10V，相对误差小于0.03%本文档来自技高网...

【技术保护点】
交流电荷源，其特征在于，包括内部交流电压源，所述内部交流电压源通过内部参考电容连接电荷输出高端，所述内部参考电容的两端对应连接差分放大电路的两个输入端，所述差分放大电路的输出端连接交直流转换电路的输入端，所述交直流转换电路的输出端通过模数转换电路连接微处理器，所述微处理器连接内部交流电压源，所述内部交流电压源为程控交流电压源，相对于所述电荷输出高端的电荷输出低端接地。

【技术特征摘要】
1.流电荷源，其特征在于，包括内部交流电压源，所述内部交流电压源通过内部參考电容连接电荷输出高端，所述内部參考电容的两端对应连接差分放大电路的两个输入端，所述差分放大电路的输出端连接交直流转换电路的输入端，所述交直流转换电路的输出端通过模数转换电路连接微处理器，所述微处理器连接内部交流电压源，所述内部交流电压源为程控交流电压源，相对于所述电荷输出高端的电荷输出低端接地。2.据权利要求1所述的交流电荷源，其特征在于，所述微处理器为单片微处理器。3.据权利要求1所述的交流电荷源，其特征在于，所述程控交流电压源为程控正弦电压发生器。4.据权利要求1所述的交流电荷源，其特征在于，所述程控交流电压源由数模转换电路DAC和低通滤波器组 成，产生正弦电压信号，频率范围0.1Hz 10kHz，输出的交流电压有效值为0.1 10V，相对误差小于0.03%。5.据权利要求1所述的交流电荷源，其特征在于，在所述电荷输出高端与所述电荷输出低端之间设置有等电位屏蔽端。6.据权利要求1所述的交流电荷源，其特征在于，所述差分放大电路连接另ー放大电路的同相端，所述另ー放大电路的反相端与输出端均连接跟随电压输出端。7.于上...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，冯文武，延峰，焦海妮，桑琳，
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：