電纜寄生電容測(cè)試系統(tǒng)

1、電纜寄生電容測(cè)試設(shè)計(jì)劉春 2014200535寄生電容，也稱分布電容，一般是指電感，電阻，芯片引腳等在高頻情況下表現(xiàn)出來的 電容特性。一個(gè)電阻等效于一個(gè)電容，一個(gè)電感，和一個(gè)電阻的串聯(lián)，在低頻情況下表現(xiàn)不 是很明顯，而在高頻情況下，等效值會(huì)增大，不能忽略。在高頻的情況下我們都要考慮到器 件的等效電容值，電感值。電纜一般是由一根或多根相互絕緣的導(dǎo)體和外包絕緣保護(hù)層制成。電纜長度較長時(shí)，電 纜的分布電容會(huì)影響電路正常工作，不能忽略。所以對(duì)電纜的寄生電容測(cè)試具有實(shí)際意義。對(duì)電纜的電容計(jì)算有經(jīng)驗(yàn)公式c = 0.056Nq/G(1.1)式中：c電纜的電容(uF/km)公一一相對(duì)介電系數(shù)N多芯電纜的芯數(shù)G

2、形狀系數(shù)測(cè)試電路設(shè)計(jì)電纜寄生電容的值很小，對(duì)于小電容的測(cè)量有許多成熟的方法，如交流電橋電容測(cè)量法, 充/放電電容測(cè)量法，交流激勵(lì)鎖相放大電容測(cè)量法，電壓時(shí)間變換的電容測(cè)量法，基于電 荷放大原理的電容測(cè)量法。本次設(shè)計(jì)采用交流激勵(lì)法測(cè)量，器電路基本原理如圖所示RfTH-CfUo(t)Uo(t)圖1交流激勵(lì)寄生電容測(cè)量電路激勵(lì)源設(shè)為理想交流電壓源，即內(nèi)阻為零，低阻抗輸出。測(cè)量的時(shí)候，輸入電壓0(t)加 壓在被測(cè)電纜一段，電纜另一段接入放大器。電纜模型等效為一個(gè)電阻和電容的并聯(lián)。測(cè)量 電路是一個(gè)交流放大電路，低阻抗，負(fù)載能力強(qiáng)，便于后面電壓取樣。輸出電壓u(t)可以 反映出寄生電容Cs的大小。反饋電阻

3、的作用是它與反饋電容并聯(lián)，防止輸出過大以致飽和, 起保護(hù)作用。根據(jù)測(cè)量電路結(jié)構(gòu)，可以推到出輸出電壓公式(1.2)II。_ 1/R + g u 1/Rf + j I符號(hào)僅表示參考方向。根據(jù)式（13）可知，當(dāng)激勵(lì)源頻率較高的時(shí)候，若采用較大的0, 虛部可以等效為0,則有星3（14）耳 Cf輸出電壓值與被測(cè)電容值是正比關(guān)系，交流電路輸出電壓與被測(cè)電容量呈線性關(guān)系它的輸出 直接反映了被測(cè)電容的變化。由于加入了運(yùn)放，要很高的信噪比、低漂移，因?yàn)椴捎媒涣骷?勵(lì)，所以電荷注入效應(yīng)影響不大，可以忽略，精度也比較高。同時(shí)，當(dāng)激勵(lì)源頻率較低的時(shí) 候，采用較小的q,可以保證較大的輸出增益，保證測(cè)量的效果。根據(jù)數(shù)據(jù)顯

4、示，常見電纜（截面積在1 2.5mm2）的分布電容數(shù)量級(jí)在0.10.5uF/km左 右，電阻在530歐姆/km左右。根據(jù)數(shù)量級(jí)，可以假設(shè)一些參數(shù)取值，估計(jì)參數(shù)變化的趨 勢(shì)，確定適當(dāng)?shù)膮?shù)取值。試取Cs=0.2uF, Cf=0.1uF, luF, 10uF, w=50lk, Rs=5,做出 增益隨頻率變化的曲線圖2增益-頻率變化曲線由圖可知，低頻時(shí)Cf的增益較大，100Hz以下時(shí)曲線近似線性。改變頻率在50kHz到 500kHz卜觀察曲線。此時(shí)選擇較大的Cf比較合適，拖增益不夠，才選擇較大的Cf。45圖3增益-頻率變化曲線高頻下，增益開始減小，此時(shí)，CfMMuF的增益剛好適宜測(cè)量，都無需衰減,。同時(shí)，較大 的Cf增益很小且接近0,高頻先選擇較小的Cf。接著試取 Cs=0 2uF, CdO.lnF, InF, 10nF, w=5O-5OOk, Rs=5,圖4增益-頻率變化曲線此時(shí)整體趨勢(shì)和前面一樣，所以，高頻