专利名称：基于交流压降平衡的微小电容测量电路及测量方法
技术领域：
本发明涉及电子测量技术领域，特别是一种基于交流压降平衡的微小电容测量电路及测量方法。
背景技术：
电容是电学中重要的物理参数之一，电容器广泛应用于电子电路的设计和电子产品开发中，而电容量的大小会对电路特性带来直接影响。在某些场合下要求对电容器的电容量进行测量，如某未知参数的电容，以及电容式传感器中的电容，因此，电容量的测量则成为其必要的手段。现阶段微小电容测量方法包括谐振法、振荡法、充放电法、交流电桥法、交流锁相放大电容测量法、基于ν/Τ变换的电容测量法、基于混沌理论的恒流式混沌测量法、基于电荷放大原理的电容测量法等8种测量方法。这些测量方法各有优缺点，相比较而言，交流锁相放大测量法是目前应用最好的检测电路，其优点是抗杂散性、分辨率较高。
图1为交流锁相放大电容测量电路，正弦信号Ui⑴对被测电容进行激励，激励电流流经由反馈电阻Rf、 反馈电容Cf和由运算放大器组成的带负反馈回路的C/V转换电路，输出电压Uo(t)如下式
权利要求
1.一种基于交流压降平衡的微小电容测量电路，其特征在于包括输入端激励电路 ⑴、测量电路⑵、输出端检测电路⑶和用于切换输入端激励电路⑴对测量电路⑵的输入电压方向的选择开关电路(4)；所述的选择开关电路(4)的一端与输入端激励电路(1) 的输出端连接，另一端接地；所述的测量电路⑵由参考电阻和被测电容串联组成；输入端激励电路⑴通过选择开关电路⑷与测量电路⑵连接；所述的输出端检测电路⑶的输入端与测量电路(2)的参考电阻和被测电容连接。
2.如权利要求1所述的基于交流压降平衡的微小电容测量电路，其特征在于所述的输入端激励电路(1)由交流电压激励源、第一限流电阻和第一电压串联负反馈电路组成。
3.如权利要求2所述的基于交流压降平衡的微小电容测量电路，其特征在于所述的第一电压串联负反馈电路由第一定值电阻、第一反馈电阻和第一运算放大器组成，第一定值电阻一端与第一运算放大器的反相端连接，另一端接地，第一反馈电阻的一端与第一运算放大器的输出端连接，另一端与第一运算放大器的反相端连接，第一运算放大器的输出端为输入端激励电路(1)的输出端。
4.如权利要求1所述的基于交流压降平衡的微小电容测量电路，其特征在于所述的输出端检测电路(3)具有带恒流源的集电极对称的差分放大器和第二电压串联负反馈电路，差分放大器的第一晶体管的基极连接第一基区电阻，差分放大器的第二晶体管的基极连接第二基区电阻。
5.如权利要求4所述的基于交流压降平衡的微小电容测量电路，其特征在于所述的第二电压串联负反馈电路由第二定值电阻、第三定值电阻、第二反馈电阻和第二运算放大器组成，第二运算放大器的同相端与第一晶体管的集电极连接，反相端与第二运算放大器的输出端连接，第二定值电阻的一端与第二运算放大器的输出端连接，另一端与第三定值电阻串联，第三定值电阻的另一端接地，所述的第二反馈电阻与第二定值电阻和第三定值电阻连接，第二反馈电阻与差分放大器的第二晶体管的基极连接，第二运算放大器的输出端为输出端检测电路⑶的输出端。
6.一种基于交流压降平衡的微小电容测量方法，其特征在于(a)设置输入端激励电路(1)、测量电路(2)、输出端检测电路(3)和用于切换输入端激励电路⑴对测量电路⑵的输入电压方向的选择开关电路⑷；所述的选择开关电路 (4)的一端连接输入端激励电路(1)的输出端，另一端接地；所述的测量电路(2)由参考电阻和被测电容串联组成；输入端激励电路(1)通过选择开关电路(4)连接测量电路(2)；所述的输出端检测电路⑶的输入端连接测量电路⑵的参考电阻和被测电容；(b)调节输入端激励电路(1)的输出频率，使选择开关电路(4)在不同状态时，输出端检测电路⑶的输出端的电压值幅值相等，记下此时输入端激励电路⑴的输出频率；(c)推导计算得出被测电容值。
7.如权利要求6所述的基于交流压降平衡的微小电容测量方法，其特征在于所述的输入端激励电路(1)由交流电压激励源、第一限流电阻和第一电压串联负反馈电路组成。
8.如权利要求7所述的基于交流压降平衡的微小电容测量方法，其特征在于所述的第一电压串联负反馈电路由第一定值电阻、第一反馈电阻和第一运算放大器组成，第一定值电阻一端与第一运算放大器的反相端连接，另一端接地，第一反馈电阻的一端与第一运算放大器的输出端连接，另一端与第一运算放大器的反相端连接，第一运算放大器的输出端为输入端激励电路(1)的输出端。
9.如权利要求6所述的基于交流压降平衡的微小电容测量方法，其特征在于所述的输出端检测电路(3)具有带恒流源的集电极对称的差分放大器和第二电压串联负反馈电路，差分放大器的第一晶体管的基极连接第一基区电阻，差分放大器的第二晶体管的基极连接第二基区电阻。
10.如权利要求9所述的基于交流压降平衡的微小电容测量方法，其特征在于所述的第二电压串联负反馈电路由第二定值电阻、第三定值电阻、第二反馈电阻和第二运算放大器组成，第二运算放大器的同相端与第一晶体管的集电极连接，反相端与第二运算放大器的输出端连接，第二定值电阻的一端与第二运算放大器的输出端连接，另一端与第三定值电阻串联，第三定值电阻的另一端接地，所述的第二反馈电阻与第二定值电阻和第三定值电阻连接，第二反馈电阻与差分放大器的第二晶体管的基极连接，第二运算放大器的输出端为输出端检测电路(3)的输出端。
全文摘要
本发明涉及基于交流压降平衡的微小电容测量电路，包括输入端激励电路、测量电路、输出端检测电路和用于切换输入端激励电路对测量电路的输入电压方向的选择开关电路；输入端激励电路通过选择开关电路与测量电路连接；所述的输出端检测电路的输入端与测量电路的参考电阻和被测电容连接。还涉及基于交流压降平衡的微小电容测量方法，测量步骤为a、设置本发明的测量电路；b、调节选择开关电路的状态，当输出端检测电路的输出端的电压值幅值相等时，记下交流电压激励源的频率；c、推导计算得出被测电容值。本发明能有效地抑制交流电压源波动和外界噪声的影响；很好地消除杂散电容的影响；有效地抑制温度漂移；抑制零点漂移的能力提高。
文档编号G01R27/26GK102435859SQ201110281659
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者王怒, 陈树越 申请人:常州大学