电缆电容 电缆线电容测试方法

电缆线寄生电容测试设计设计一个电缆寄生电容测试系统，要求： 1．给出测试原理； 2．给出测试系统原理图。设计过程： 设计过程：1） 测试原理框图 ）图 1 电缆电容测试原理框图 时钟信号由石英晶振形成 2MHz , 再采用 4 分频电路实现时钟信号。多路电子开关由 CC 4066 B 器件实现。 检测电路采用具有场效应管做输入的高输入阻抗运放， 因而具有很低 的输入电流和低失调电压。为了提高测量精度，采用集成稳压电路实现高稳定电压源 VC 。 2）测试原理说明 ）图 2 电容充放电原理图CMOS 开关 K1 和 K 2 受时钟信号 CP 控制，其通断时序见图 1 所示。在 K1 通， K 2 断期间, A 点接到电压源 VC 上，对 C X 充电。后半周期， K1 断， K 2 通, C X 上的电荷泄放。此 时， X 一端 B 点接地，C 另一端 A 点接到虚地。 因此电缆电容， 在后半周期中，X 上的电荷 Q = VC C X C 全部泄放掉。在时钟脉冲控制下,充放电过程以频率 f = 1T 。 重复进行, 因而平均放电电流为：I m = VC ? C X ? f该电流被转换成电压并通过 C 而平滑,最后给出一个直流输出电压：V0 = R f ? I m = R f ? VC ? C X ? f其中，开关 K1 、 K 2 、 K 3 、 K 4 受时钟脉冲控制。

K1 与 K 3 通、 K 2 与 K 4 断时为充电状 态， K1 与 K 3 断、 K 2 与 K 4 通时为放电状态。在 CP 作用下，便形成对 C X 的周期充电和放 电，并在电荷检测器输出端产生一个正比于 C X 的直流电压。 如果考虑到屏蔽与 C X 两极板的寄生电容以及与 C X 相连的开关的杂散电容，有图 2 的电路模型。 其中，CSA 、CSB 分别为 A 、B 电极板与屏蔽之间的寄生电容。CP1 、CP 2 、CP 3 、CP 4 分别为传感器连接到开关 K1 、 K 2 、 K 3 和 K 4 的杂散电容。 RX 为漏电阻,一般很大。C为去耦电容， CmC X ,其目的是去除输入端的瞬态电压尖峰信号。 T f = R f ? C f 一般较大。图 3 电容等效电路图A) 充电过程： 充电过程： 当时钟信号变高电平时, K1 和 K 3 接通,开始对 C X 充电(此时 K 2 和 K 4 处于断开状 态)。 C X 上的电压很快（约 20ns ) 被充电到 VC 。 令 C0 = CSA + CP1 + CP 4 ， C0′ = CSB + CP 2 + CP 3 。

与 C0 有关的各电容器的电压也被充 电到 VC ，而与 B 极相连的所有寄生电容 C0′ 均通过 K 3 被放电至零电位。 B) 放电过程： 放电过程： 当时钟信号变低电平时, K1 与 K 3 断开, K 2 闭使 B 极板与保持虚地的检测计输入端 相接, 然后 K 4 接通。 经过很短时间 （约 20ns ) ,使 C X 和 C0 的电位放电到零电位。 只有 C X 和 C0′ 中的放电电流流经检测计，因此电缆电容， C0 对测量 C X 没有影响。 由于在 K 2 接通前， C0′ 处于零电位，当 K 2 接通后， C0′ 从检测器输入端拉走的电荷为：Q′ = C0′ ? V ′由于在检测极 B 与地之间无电流泄放通道，在放电间隔内流过检测器的全部电荷为Q = C X VC + C0′V ′ 。 当检测器的放大器的开环增益 > 1000 时， ′ 小于 5mV 。 V 若取 VC = 5V ，则检测器对 C0′ 的灵敏度远远小于对 C X 的灵敏度。由于：?Q / ?C0′ V ′ 5mV = ≤ = 0.001 ?Q / ?C X VC 5V因此， C0′ 对 C X 的测量的影响很小。

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