電纜寄生電容測試系統(tǒng)

1、電纜寄生電容測試設(shè)計劉春 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。一個電阻等效于一個電容，一個電感，和一個電阻的串聯(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體和外包絕緣保護層制成。電纜長度較長時，電 纜的分布電容會影響電路正常工作，不能忽略。所以對電纜的寄生電容測試具有實際意義。對電纜的電容計算有經(jīng)驗公式c = 0.056Nq/G(1.1)式中：c電纜的電容(uF/km)公一一相對介電系數(shù)N多芯電纜的芯數(shù)G

2、形狀系數(shù)測試電路設(shè)計電纜寄生電容的值很小，對于小電容的測量有許多成熟的方法，如交流電橋電容測量法, 充/放電電容測量法，交流激勵鎖相放大電容測量法，電壓時間變換的電容測量法，基于電 荷放大原理的電容測量法。本次設(shè)計采用交流激勵法測量，器電路基本原理如圖所示RfTH-CfUo(t)Uo(t)圖1交流激勵寄生電容測量電路激勵源設(shè)為理想交流電壓源，即內(nèi)阻為零，低阻抗輸出。測量的時候，輸入電壓0(t)加 壓在被測電纜一段，電纜另一段接入放大器。電纜模型等效為一個電阻和電容的并聯(lián)。測量 電路是一個交流放大電路，低阻抗，負載能力強，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, 起保護作用。根據(jù)測量電路結(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符號僅表示參考方向。根據(jù)式（13）可知，當激勵源頻率較高的時候，若采用較大的0, 虛部可以等效為0,則有星3（14）耳 Cf輸出電壓值與被測電容值是正比關(guān)系，交流電路輸出電壓與被測電容量呈線性關(guān)系它的輸出 直接反映了被測電容的變化。由于加入了運放，要很高的信噪比、低漂移，因為采用交流激 勵，所以電荷注入效應影響不大，可以忽略，精度也比較高。同時，當激勵源頻率較低的時 候，采用較小的q,可以保證較大的輸出增益，保證測量的效果。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)量級在0.10.5uF/km左 右，電阻在530歐姆/km左右。根據(jù)數(shù)量級，可以假設(shè)一些參數(shù)取值，估計參數(shù)變化的趨 勢，確定適當?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Cf的增益較大，100Hz以下時曲線近似線性。改變頻率在50kHz到 500kHz卜觀察曲線。此時選擇較大的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，CfMMuF的增益剛好適宜測量，都無需衰減,。同時，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-頻率變化曲線此時整體趨勢和前面一樣，所以，高頻