電纜線寄生電容測(cè)試設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)電纜寄生電容測(cè)試系統(tǒng)，要求： 1．給出測(cè)試原理； 2．給出測(cè)試系統(tǒng)原理圖。設(shè)計(jì)過(guò)程： 設(shè)計(jì)過(guò)程：1） 測(cè)試原理框圖 ）圖 1 電纜電容測(cè)試原理框圖 時(shí)鐘信號(hào)由石英晶振形成 2MHz , 再采用 4 分頻電路實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)。多路電子開(kāi)關(guān)由 CC 4066 B 器件實(shí)現(xiàn)。 檢測(cè)電路采用具有場(chǎng)效應(yīng)管做輸入的高輸入阻抗運(yùn)放， 因而具有很低 的輸入電流和低失調(diào)電壓。為了提高測(cè)量精度，采用集成穩(wěn)壓電路實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定電壓源 VC 。 2）測(cè)試原理說(shuō)明 ）圖 2 電容充放電原理圖CMOS 開(kāi)關(guān) K1 和 K 2 受時(shí)鐘信號(hào) CP 控制，其通斷時(shí)序見(jiàn)圖 1 所示。在 K1 通， K 2 斷期間, A 點(diǎn)接到電壓源 VC 上，對(duì) C X 充電。后半周期， K1 斷， K 2 通, C X 上的電荷泄放。此 時(shí)， X 一端 B 點(diǎn)接地，C 另一端 A 點(diǎn)接到虛地。 因此電纜電容， 在后半周期中，X 上的電荷 Q = VC C X C 全部泄放掉。在時(shí)鐘脈沖控制下,充放電過(guò)程以頻率 f = 1T 。 重復(fù)進(jìn)行, 因而平均放電電流為：I m = VC ? C X ? f該電流被轉(zhuǎn)換成電壓并通過(guò) C 而平滑,最后給出一個(gè)直流輸出電壓：V0 = R f ? I m = R f ? VC ? C X ? f其中，開(kāi)關(guān) K1 、 K 2 、 K 3 、 K 4 受時(shí)鐘脈沖控制。

K1 與 K 3 通、 K 2 與 K 4 斷時(shí)為充電狀 態(tài)， K1 與 K 3 斷、 K 2 與 K 4 通時(shí)為放電狀態(tài)。在 CP 作用下，便形成對(duì) C X 的周期充電和放 電，并在電荷檢測(cè)器輸出端產(chǎn)生一個(gè)正比于 C X 的直流電壓。 如果考慮到屏蔽與 C X 兩極板的寄生電容以及與 C X 相連的開(kāi)關(guān)的雜散電容，有圖 2 的電路模型。 其中，CSA 、CSB 分別為 A 、B 電極板與屏蔽之間的寄生電容。CP1 、CP 2 、CP 3 、CP 4 分別為傳感器連接到開(kāi)關(guān) K1 、 K 2 、 K 3 和 K 4 的雜散電容。 RX 為漏電阻,一般很大。C為去耦電容， CmC X ,其目的是去除輸入端的瞬態(tài)電壓尖峰信號(hào)。 T f = R f ? C f 一般較大。圖 3 電容等效電路圖A) 充電過(guò)程： 充電過(guò)程： 當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)變高電平時(shí), K1 和 K 3 接通,開(kāi)始對(duì) C X 充電(此時(shí) K 2 和 K 4 處于斷開(kāi)狀 態(tài))。 C X 上的電壓很快（約 20ns ) 被充電到 VC 。 令 C0 = CSA + CP1 + CP 4 ， C0′ = CSB + CP 2 + CP 3 。

與 C0 有關(guān)的各電容器的電壓也被充 電到 VC ，而與 B 極相連的所有寄生電容 C0′ 均通過(guò) K 3 被放電至零電位。 B) 放電過(guò)程： 放電過(guò)程： 當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)變低電平時(shí), K1 與 K 3 斷開(kāi), K 2 閉使 B 極板與保持虛地的檢測(cè)計(jì)輸入端 相接, 然后 K 4 接通。 經(jīng)過(guò)很短時(shí)間 （約 20ns ) ,使 C X 和 C0 的電位放電到零電位。 只有 C X 和 C0′ 中的放電電流流經(jīng)檢測(cè)計(jì)，因此電纜電容， C0 對(duì)測(cè)量 C X 沒(méi)有影響。 由于在 K 2 接通前， C0′ 處于零電位，當(dāng) K 2 接通后， C0′ 從檢測(cè)器輸入端拉走的電荷為：Q′ = C0′ ? V ′由于在檢測(cè)極 B 與地之間無(wú)電流泄放通道，在放電間隔內(nèi)流過(guò)檢測(cè)器的全部電荷為Q = C X VC + C0′V ′ 。 當(dāng)檢測(cè)器的放大器的開(kāi)環(huán)增益 > 1000 時(shí)， ′ 小于 5mV 。 V 若取 VC = 5V ，則檢測(cè)器對(duì) C0′ 的靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對(duì) C X 的靈敏度。由于：?Q / ?C0′ V ′ 5mV = ≤ = 0.001 ?Q / ?C X VC 5V因此， C0′ 對(duì) C X 的測(cè)量的影響很小。

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