專利名稱：基于交流壓降平衡的微小電容測量電路及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于交流壓降平衡的微小電容測量電路及測量方法。
背景技術(shù)：
電容是電學(xué)中重要的物理參數(shù)之一，電容器廣泛應(yīng)用于電子電路的設(shè)計(jì)和電子產(chǎn)品開發(fā)中，而電容量的大小會對電路特性帶來直接影響。在某些場合下要求對電容器的電容量進(jìn)行測量，如某未知參數(shù)的電容，以及電容式傳感器中的電容，因此，電容量的測量則成為其必要的手段。現(xiàn)階段微小電容測量方法包括諧振法、振蕩法、充放電法、交流電橋法、交流鎖相放大電容測量法、基于ν/Τ變換的電容測量法、基于混沌理論的恒流式混沌測量法、基于電荷放大原理的電容測量法等8種測量方法。這些測量方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，相比較而言，交流鎖相放大測量法是目前應(yīng)用最好的檢測電路，其優(yōu)點(diǎn)是抗雜散性、分辨率較高。

圖1為交流鎖相放大電容測量電路，正弦信號Ui⑴對被測電容進(jìn)行激勵，激勵電流流經(jīng)由反饋電阻Rf、 反饋電容Cf和由運(yùn)算放大器組成的帶負(fù)反饋回路的C/V轉(zhuǎn)換電路，輸出電壓Uo(t)如下式
權(quán)利要求
1.一種基于交流壓降平衡的微小電容測量電路，其特征在于包括輸入端激勵電路 ⑴、測量電路⑵、輸出端檢測電路⑶和用于切換輸入端激勵電路⑴對測量電路⑵的輸入電壓方向的選擇開關(guān)電路(4)；所述的選擇開關(guān)電路(4)的一端與輸入端激勵電路(1) 的輸出端連接，另一端接地；所述的測量電路⑵由參考電阻和被測電容串聯(lián)組成；輸入端激勵電路⑴通過選擇開關(guān)電路⑷與測量電路⑵連接；所述的輸出端檢測電路⑶的輸入端與測量電路(2)的參考電阻和被測電容連接。
2.如權(quán)利要求1所述的基于交流壓降平衡的微小電容測量電路，其特征在于所述的輸入端激勵電路(1)由交流電壓激勵源、第一限流電阻和第一電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路組成。
3.如權(quán)利要求2所述的基于交流壓降平衡的微小電容測量電路，其特征在于所述的第一電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路由第一定值電阻、第一反饋電阻和第一運(yùn)算放大器組成，第一定值電阻一端與第一運(yùn)算放大器的反相端連接，另一端接地，第一反饋電阻的一端與第一運(yùn)算放大器的輸出端連接，另一端與第一運(yùn)算放大器的反相端連接，第一運(yùn)算放大器的輸出端為輸入端激勵電路(1)的輸出端。
4.如權(quán)利要求1所述的基于交流壓降平衡的微小電容測量電路，其特征在于所述的輸出端檢測電路(3)具有帶恒流源的集電極對稱的差分放大器和第二電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路，差分放大器的第一晶體管的基極連接第一基區(qū)電阻，差分放大器的第二晶體管的基極連接第二基區(qū)電阻。
5.如權(quán)利要求4所述的基于交流壓降平衡的微小電容測量電路，其特征在于所述的第二電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路由第二定值電阻、第三定值電阻、第二反饋電阻和第二運(yùn)算放大器組成，第二運(yùn)算放大器的同相端與第一晶體管的集電極連接，反相端與第二運(yùn)算放大器的輸出端連接，第二定值電阻的一端與第二運(yùn)算放大器的輸出端連接，另一端與第三定值電阻串聯(lián)，第三定值電阻的另一端接地，所述的第二反饋電阻與第二定值電阻和第三定值電阻連接，第二反饋電阻與差分放大器的第二晶體管的基極連接，第二運(yùn)算放大器的輸出端為輸出端檢測電路⑶的輸出端。
6.一種基于交流壓降平衡的微小電容測量方法，其特征在于(a)設(shè)置輸入端激勵電路(1)、測量電路(2)、輸出端檢測電路(3)和用于切換輸入端激勵電路⑴對測量電路⑵的輸入電壓方向的選擇開關(guān)電路⑷；所述的選擇開關(guān)電路 (4)的一端連接輸入端激勵電路(1)的輸出端，另一端接地；所述的測量電路(2)由參考電阻和被測電容串聯(lián)組成；輸入端激勵電路(1)通過選擇開關(guān)電路(4)連接測量電路(2)；所述的輸出端檢測電路⑶的輸入端連接測量電路⑵的參考電阻和被測電容；(b)調(diào)節(jié)輸入端激勵電路(1)的輸出頻率，使選擇開關(guān)電路(4)在不同狀態(tài)時(shí)，輸出端檢測電路⑶的輸出端的電壓值幅值相等，記下此時(shí)輸入端激勵電路⑴的輸出頻率；(c)推導(dǎo)計(jì)算得出被測電容值。
7.如權(quán)利要求6所述的基于交流壓降平衡的微小電容測量方法，其特征在于所述的輸入端激勵電路(1)由交流電壓激勵源、第一限流電阻和第一電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路組成。
8.如權(quán)利要求7所述的基于交流壓降平衡的微小電容測量方法，其特征在于所述的第一電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路由第一定值電阻、第一反饋電阻和第一運(yùn)算放大器組成，第一定值電阻一端與第一運(yùn)算放大器的反相端連接，另一端接地，第一反饋電阻的一端與第一運(yùn)算放大器的輸出端連接，另一端與第一運(yùn)算放大器的反相端連接，第一運(yùn)算放大器的輸出端為輸入端激勵電路(1)的輸出端。
9.如權(quán)利要求6所述的基于交流壓降平衡的微小電容測量方法，其特征在于所述的輸出端檢測電路(3)具有帶恒流源的集電極對稱的差分放大器和第二電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路，差分放大器的第一晶體管的基極連接第一基區(qū)電阻，差分放大器的第二晶體管的基極連接第二基區(qū)電阻。
10.如權(quán)利要求9所述的基于交流壓降平衡的微小電容測量方法，其特征在于所述的第二電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路由第二定值電阻、第三定值電阻、第二反饋電阻和第二運(yùn)算放大器組成，第二運(yùn)算放大器的同相端與第一晶體管的集電極連接，反相端與第二運(yùn)算放大器的輸出端連接，第二定值電阻的一端與第二運(yùn)算放大器的輸出端連接，另一端與第三定值電阻串聯(lián)，第三定值電阻的另一端接地，所述的第二反饋電阻與第二定值電阻和第三定值電阻連接，第二反饋電阻與差分放大器的第二晶體管的基極連接，第二運(yùn)算放大器的輸出端為輸出端檢測電路(3)的輸出端。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于交流壓降平衡的微小電容測量電路，包括輸入端激勵電路、測量電路、輸出端檢測電路和用于切換輸入端激勵電路對測量電路的輸入電壓方向的選擇開關(guān)電路；輸入端激勵電路通過選擇開關(guān)電路與測量電路連接；所述的輸出端檢測電路的輸入端與測量電路的參考電阻和被測電容連接。還涉及基于交流壓降平衡的微小電容測量方法，測量步驟為a、設(shè)置本發(fā)明的測量電路；b、調(diào)節(jié)選擇開關(guān)電路的狀態(tài)，當(dāng)輸出端檢測電路的輸出端的電壓值幅值相等時(shí)，記下交流電壓激勵源的頻率；c、推導(dǎo)計(jì)算得出被測電容值。本發(fā)明能有效地抑制交流電壓源波動和外界噪聲的影響；很好地消除雜散電容的影響；有效地抑制溫度漂移；抑制零點(diǎn)漂移的能力提高。
文檔編號G01R27/26GK102435859SQ201110281659
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者王怒, 陳樹越 申請人:常州大學(xué)