專(zhuān)利名稱(chēng):可變有源三端電容及損耗標(biāo)準(zhǔn)的制作方法
本實(shí)用新型所涉及的是一種電工儀器，具體地說(shuō)，是一種用于電工計(jì)量，具有多檔損耗定值的標(biāo)準(zhǔn)電容箱。
在電工計(jì)量中，對(duì)電容電橋的容量參數(shù)和損耗參數(shù)的精密測(cè)量，目前一般均采用單個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)電容器或電容箱和損耗箱。已見(jiàn)諸于世的美國(guó)GR公司推出的1413型標(biāo)準(zhǔn)電容箱，作為單個(gè)體的電容標(biāo)準(zhǔn)器，其水平是較高的，但其存在著損耗不定，準(zhǔn)確度指標(biāo)隨容量的降低而降低，有較大的零電容，所提供的標(biāo)準(zhǔn)電容量值范圍較窄，且體積大，重量重等缺點(diǎn)，蘇聯(lián)專(zhuān)利第419809號(hào)損耗角正切箱是一種與我國(guó)常州電子儀器廠生產(chǎn)的損耗箱相類(lèi)似的標(biāo)準(zhǔn)損耗箱，其電路是由無(wú)源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，但存在著電容量值固定等缺點(diǎn)。這樣，使得測(cè)量工作的展開(kāi)顯得不夠便利，對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的提高也有一定的影響。
本實(shí)用新型的任務(wù)是要提供一種在1pF至1.1111μF范圍內(nèi)，既是電容標(biāo)準(zhǔn)，又是損耗標(biāo)準(zhǔn)的雙重可變有源三端電容及損耗標(biāo)準(zhǔn)。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的用運(yùn)算放大器有源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成三端等效標(biāo)準(zhǔn)。由四個(gè)容量值分別為100pF、1000pF、10000pF和0.1μF以十倍容量值遞增的標(biāo)準(zhǔn)電容，其一端均串聯(lián)一個(gè)阻值相應(yīng)遞減的電阻，構(gòu)成損耗值固定的電容標(biāo)準(zhǔn)；1μF容量值的電容標(biāo)準(zhǔn)由作跟隨器用的運(yùn)算放大器、電阻和電容等構(gòu)成的2～5個(gè)有源網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)等效；將上述電容標(biāo)準(zhǔn)分別串接在多檔琴鍵轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的各檔上，通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的狀態(tài)選擇，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電容量的十進(jìn)轉(zhuǎn)換。對(duì)每一標(biāo)準(zhǔn)電容量定值的輸出細(xì)分變換，由少于30個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)電阻構(gòu)成的多檔可變電導(dǎo)通過(guò)多檔轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的調(diào)節(jié)選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)。容量值的1和1／10的倍率轉(zhuǎn)換，由在輸入級(jí)運(yùn)算放大器之前，通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的狀態(tài)選擇，分別串聯(lián)兩個(gè)阻值相差十倍的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，其相應(yīng)的輸入電壓限額倍率1／10的是倍率1的十倍；而容量值的1和10／9的倍率轉(zhuǎn)換，由在第二級(jí)運(yùn)算放大器的兩端并聯(lián)一電阻和由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的狀態(tài)決定另一阻值九倍于其的電阻并聯(lián)與否來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)倍率10／9可以方便地獲得1～10整數(shù)容量值與10／9的乘積值，如1.1111、2.2222、3.3333……、9.9999。這樣便可得到1pF至1.1111μF范圍內(nèi)的任一標(biāo)準(zhǔn)電容量。為了使該整體的損耗補(bǔ)償?shù)搅悖谳斎爰?jí)運(yùn)算放大器的反饋電阻一端連接一由電感和電阻組成的阻抗網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)對(duì)電感值的調(diào)節(jié)造成整體的損耗為負(fù)值，再在反饋電阻和阻抗網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的電路端并聯(lián)一電容，使整體的損耗回到零，同時(shí)，用轉(zhuǎn)換選擇開(kāi)關(guān)，通過(guò)直接和由兩個(gè)電阻構(gòu)成的分壓電路間接的方式，分別并聯(lián)兩個(gè)不同容量值的電容，從而實(shí)現(xiàn)損耗因數(shù)的多檔定值。為有效地抑制因運(yùn)算放大器回路所產(chǎn)生的振蕩，除了在輸入級(jí)運(yùn)算放大器和第二級(jí)運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端與其輸出端之間分別跨接一個(gè)電容外，同時(shí)，為了損耗值的補(bǔ)償，在上述兩級(jí)運(yùn)算放大器的正輸入端和其輸出端之間，分別連接一個(gè)電阻與電容串聯(lián)的電路和一個(gè)接地電阻。
本實(shí)用新型由于采用了由運(yùn)算放大器等元器件構(gòu)成的三端有源網(wǎng)絡(luò)，并將已有的高精度標(biāo)準(zhǔn)電容箱和標(biāo)準(zhǔn)損耗箱的優(yōu)點(diǎn)融為一體，使得其準(zhǔn)確度指標(biāo)高、容量范圍寬，可提供1pF至 1.1111μF范圍內(nèi)的電容量標(biāo)準(zhǔn)，比只有單個(gè)電容值的標(biāo)準(zhǔn)損耗箱，效率提高100多倍；其與標(biāo)準(zhǔn)電容箱相比，除了可提供損耗值標(biāo)準(zhǔn)外，其標(biāo)準(zhǔn)電容量值的范圍也大得多，且在小容量時(shí)，準(zhǔn)確度比通常的標(biāo)準(zhǔn)電容箱可提高一至二個(gè)數(shù)量級(jí)，零電容也可降低一至二個(gè)數(shù)量級(jí)；同時(shí)，在其標(biāo)準(zhǔn)電容量值范圍內(nèi)的任一容量值上均可提供多檔小于1×10－2的損耗因數(shù)值(在1000HZ頻率下定值)。而線路設(shè)計(jì)中所采用的對(duì)損耗值的補(bǔ)償方法與其它補(bǔ)償方法相比，具有對(duì)頻率響應(yīng)的影響小的特點(diǎn)，其在50～2000HZ范圍內(nèi)，損耗補(bǔ)償效果基本保持不變。且其電路簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、便于攜帶，實(shí)用性較強(qiáng)，適合于計(jì)量部門(mén)及工廠企業(yè)、研究單位作電容及損耗標(biāo)準(zhǔn)器使用。
本實(shí)用新型的具體實(shí)現(xiàn)由以下實(shí)施例和附圖給出。
圖1是本實(shí)用新型的電原理圖。
參照?qǐng)D1，用四個(gè)容量值分別為100PF、1000PF、10000PF和0.1μF的標(biāo)準(zhǔn)電容C8～C11，其一端均串聯(lián)一個(gè)阻值相應(yīng)遞減的電阻r1～r4，其阻值分別小于3000Ω、300Ω、30Ω和3Ω，這些電容標(biāo)準(zhǔn)與由作跟隨器用的運(yùn)算放大器A3、阻值為小于300Ω的電阻r和容量值小于0.5μF的電容C7等構(gòu)成的3個(gè)有源網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)等效的1μF容量值的電容標(biāo)準(zhǔn)，一起組成一組損耗值固定的電容標(biāo)準(zhǔn)，并通過(guò)與各檔串接的多檔琴鍵式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K6的狀態(tài)選擇，來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電容量的各檔十進(jìn)轉(zhuǎn)換；在輸入級(jí)運(yùn)算放大器A1與第二級(jí)運(yùn)算放大器A2之間通過(guò)多檔琴鍵式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K4，串接一組少于30個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)電阻R9～Rn，其每一小組由4～5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻R9～R12構(gòu)成，從而形成可實(shí)現(xiàn)對(duì)每一標(biāo)準(zhǔn)電容量定值的輸出細(xì)分變換的多檔可變電導(dǎo)；在輸入級(jí)運(yùn)算放大器A1之前，通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K1的狀態(tài)選擇，分別串接兩個(gè)阻值分別為50kΩ和5kΩ的電阻R1和R2，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)容量值的1和1／10的倍率轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的輸入電壓限額，倍率1／10的為50V，倍率1的為5V；在第二級(jí)運(yùn)算放大器的兩端并聯(lián)一阻值為3.3333kΩ的電阻Rn5，另一阻值為30kΩ的電阻Rn1的并聯(lián)與否，通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K5來(lái)決定，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)容量值的1和10／9的倍率轉(zhuǎn)換。輸入級(jí)運(yùn)算放大器A1的兩端并聯(lián)一個(gè)由阻值為5kΩ的電阻R3串聯(lián)一個(gè)由電感值為小于10mH，芯體為鐵氧體的電感L和阻值為10kΩ的電阻R4構(gòu)成的阻抗網(wǎng)絡(luò)的反饋電路，同時(shí)，在輸入級(jí)運(yùn)算放大器A1的兩端并聯(lián)一個(gè)容量值為小于800PF的電容C1，再通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K2和K3的選擇，直接并聯(lián)兩個(gè)容量值分別為95.6PF和254.6PF的電容C3和C4或通過(guò)電阻值分別為2.7kΩ和300Ω的兩個(gè)電阻R7和R8構(gòu)成的分壓電路，間接地并聯(lián)上述兩個(gè)電容C3和C4，實(shí)現(xiàn)損耗因數(shù)的多檔定值；輸入級(jí)運(yùn)算放大器的正輸入端接地電阻的阻值為2.4kΩ，第二級(jí)運(yùn)算放大器的正輸入端接地電阻的阻值為1.5kΩ。
權(quán)利要求
1.一種由運(yùn)算放大器、電容元件、電阻元件和轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等組成的可變有源三端電容及損耗標(biāo)準(zhǔn)，其特征在于a)1μF容量值的電容標(biāo)準(zhǔn)由作跟隨器用的運(yùn)算放大器A3、電阻γ和電容C7構(gòu)成的2～5個(gè)有源網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)等效，b)四個(gè)容量值分別為100pF、1000pF、10000pF和0.1μF的標(biāo)準(zhǔn)電容C8-C11，其一端均串聯(lián)一個(gè)阻值相應(yīng)遞減的電阻r1～r4，構(gòu)成損耗值固定的電容標(biāo)準(zhǔn)，c)輸入級(jí)運(yùn)算放大器A1的反饋電阻R3的一端串聯(lián)一由電感L和電阻R4組成的阻抗網(wǎng)絡(luò)，d)電阻R3和阻抗網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的電路兩端并聯(lián)一電容C1，并用轉(zhuǎn)換選擇開(kāi)關(guān)K2和K3，通過(guò)直接和由兩個(gè)電阻R7和R8構(gòu)成的分壓電路間接方式，分別并聯(lián)兩個(gè)不同容量值的電容C3和C4，實(shí)現(xiàn)損耗因數(shù)的多檔定值，e)少于30個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)電阻R9～Rn構(gòu)成多檔可變電導(dǎo)，通過(guò)多檔轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K4的調(diào)節(jié)選擇，實(shí)現(xiàn)每一標(biāo)準(zhǔn)容量定值的輸出細(xì)分變換，f)第二級(jí)運(yùn)算放大器A2的兩端并聯(lián)電阻Rn2，阻值九倍于它的電阻Rn1的并聯(lián)與否由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K5的狀態(tài)決定，g)在輸入級(jí)運(yùn)算放大器之前，通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K1的狀態(tài)選擇，分別串聯(lián)兩個(gè)阻值相差十倍的電阻R1和R2。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電容及損耗標(biāo)準(zhǔn)，其特征在于所述的100pF、1000pF、10000pF、0.1μF和1μF容量定值的電容標(biāo)準(zhǔn)，分別串接在多檔琴鍵轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K6的各檔上，通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K6的狀態(tài)選擇，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電容量的十進(jìn)轉(zhuǎn)換。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電容及損耗標(biāo)準(zhǔn)，其特征在于所述的阻抗網(wǎng)絡(luò)中的電感L的芯體為鐵氧體，其電感值小于30mH，電阻R4的阻值為1～30KΩ。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電容及損耗標(biāo)準(zhǔn)，其特征在于所述的電阻 的阻值小于300Ω，電容C7的容量值為0.2～0.5μF，電容C1的容量值為80～800pF、電容C3和C4的容量值分別為95.5pF和254.6pF。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電容及損耗標(biāo)準(zhǔn)，其特征在于所述的并聯(lián)電阻Rn1和Rn2的阻值分別為30kΩ和3.3333kΩ或阻值為上述阻值乘以公共系數(shù)值的電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電容及損耗標(biāo)準(zhǔn)，其特征在于所述的兩個(gè)電阻R1和R2的阻值分別為50kΩ和5kΩ或阻值為上述阻值乘以公共系數(shù)值的電阻，反饋電阻R3的阻值為電阻R1的十分之一倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1或5所述的電容及損耗標(biāo)準(zhǔn)，其特征在于第二級(jí)運(yùn)算放大器A2的正輸入端和其輸出端之間，連接一個(gè)電阻Rn4與電容C6串聯(lián)的電路和一個(gè)接地電阻Rn3，Rn3的阻值為電阻Rn1的二十分之一倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1或6所述的電容及損耗標(biāo)準(zhǔn)，其特征在于輸入級(jí)運(yùn)算放大器A1的正輸入端和其輸出端之間，連接一個(gè)電阻R5與電容C2串聯(lián)的電絡(luò)和一個(gè)接地電阻R6，R6的阻值為電阻R1的0.048倍。
專(zhuān)利摘要
一種在1pF至1.1111μF范圍內(nèi)具有多擋損耗標(biāo)定值的雙重可變有源三端電容及損耗標(biāo)準(zhǔn)。其特點(diǎn)是采用了運(yùn)算放大器有源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成三端等效標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)一組電容標(biāo)準(zhǔn)在多擋轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和多擋可變電導(dǎo)的調(diào)節(jié)選擇下，實(shí)現(xiàn)電容標(biāo)準(zhǔn)量的多擋輸出；通過(guò)輸入級(jí)運(yùn)算放大器兩端并以不同容量的電容，并由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇，實(shí)現(xiàn)損耗值的多擋輸出。所采用的損耗補(bǔ)償方法效果較好。其準(zhǔn)確度高，量限寬，裝置簡(jiǎn)捷、輕巧，便于攜帶，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
文檔編號(hào)G01R27/26GK87201131SQ87201131
公開(kāi)日1987年12月31日 申請(qǐng)日期1987年3月20日
發(fā)明者聞伍春, 吳慎德, 裴秀英 申請(qǐng)人:上海市計(jì)量技術(shù)研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan