CN87201131U - 可变有源三端电容及损耗标准 - Google Patents

Abstract

一种在1pF至1.1111μF范围内具有多挡损耗标定值的双重可变有源三端电容及损耗标准。其特点是采用了运算放大器有源网络构成三端等效标准，通过一组电容标准在多挡转换开关和多挡可变电导的调节选择下，实现电容标准量的多挡输出；通过输入级运算放大器两端并以不同容量的电容，并由转换开关选择，实现损耗值的多挡输出。所采用的损耗补偿方法效果较好。其准确度高，量限宽，装置简捷、轻巧，便于携带，具有较强的实用性。

Description

本实用新型所涉及的是一种电工仪器，具体地说，是一种用于电工计量，具有多档损耗定值的标准电容箱。

在电工计量中，对电容电桥的容量参数和损耗参数的精密测量，目前一般均采用单个的标准电容器或电容箱和损耗箱。已见诸于世的美国GR公司推出的1413型标准电容箱，作为单个体的电容标准器，其水平是较高的，但其存在着损耗不定，准确度指标随容量的降低而降低，有较大的零电容，所提供的标准电容量值范围较窄，且体积大，重量重等缺点，苏联专利第419809号损耗角正切箱是一种与我国常州电子仪器厂生产的损耗箱相类似的标准损耗箱，其电路是由无源网络构成的，但存在着电容量值固定等缺点。这样，使得测量工作的展开显得不够便利，对测量准确度的提高也有一定的影响。

本实用新型的任务是要提供一种在1pF至1.1111μF范围内，既是电容标准，又是损耗标准的双重可变有源三端电容及损耗标准。

本实用新型是这样实现的：用运算放大器有源网络构成三端等效标准。由四个容量值分别为100pF、1000pF、10000pF和0.1μF以十倍容量值递增的标准电容，其一端均串联一个阻值相应递减的电阻，构成损耗值固定的电容标准；1μF容量值的电容标准由作跟随器用的运算放大器、电阻和电容等构成的2～5个有源网络并联等效；将上述电容标准分别串接在多档琴键转换开关的各档上，通过转换开关的状态选择，实现标准电容量的十进转换。对每一标准电容量定值的输出细分变换，由少于30个的标准电阻构成的多档可变电导通过多档转换开关的调节选择来实现。容量值的1和1／10的倍率转换，由在输入级运算放大器之前，通过转换开关的状态选择，分别串联两个阻值相差十倍的电阻来实现，其相应的输入电压限额：倍率1／10的是倍率1的十倍；而容量值的1和10／9的倍率转换，由在第二级运算放大器的两端并联一电阻和由转换开关的状态决定另一阻值九倍于其的电阻并联与否来实现，通过倍率10／9可以方便地获得1～10整数容量值与10／9的乘积值，如1.1111、2.2222、3.3333……、9.9999。这样便可得到1pF至1.1111μF范围内的任一标准电容量。为了使该整体的损耗补偿到零，在输入级运算放大器的反馈电阻一端连接一由电感和电阻组成的阻抗网络，通过对电感值的调节造成整体的损耗为负值，再在反馈电阻和阻抗网络构成的电路端并联一电容，使整体的损耗回到零，同时，用转换选择开关，通过直接和由两个电阻构成的分压电路间接的方式，分别并联两个不同容量值的电容，从而实现损耗因数的多档定值。为有效地抑制因运算放大器回路所产生的振荡，除了在输入级运算放大器和第二级运算放大器的负输入端与其输出端之间分别跨接一个电容外，同时，为了损耗值的补偿，在上述两级运算放大器的正输入端和其输出端之间，分别连接一个电阻与电容串联的电路和一个接地电阻。

本实用新型由于采用了由运算放大器等元器件构成的三端有源网络，并将已有的高精度标准电容箱和标准损耗箱的优点融为一体，使得其准确度指标高、容量范围宽，可提供1pF至    1.1111μF范围内的电容量标准，比只有单个电容值的标准损耗箱，效率提高100多倍；其与标准电容箱相比，除了可提供损耗值标准外，其标准电容量值的范围也大得多，且在小容量时，准确度比通常的标准电容箱可提高一至二个数量级，零电容也可降低一至二个数量级；同时，在其标准电容量值范围内的任一容量值上均可提供多档小于1×10^－2的损耗因数值（在1000HZ频率下定值）。而线路设计中所采用的对损耗值的补偿方法与其它补偿方法相比，具有对频率响应的影响小的特点，其在50～2000HZ范围内，损耗补偿效果基本保持不变。且其电路简单、体积小、重量轻、便于携带，实用性较强，适合于计量部门及工厂企业、研究单位作电容及损耗标准器使用。

本实用新型的具体实现由以下实施例和附图给出。

图1是本实用新型的电原理图。

参照图1，用四个容量值分别为100PF、1000PF、10000PF和0.1μF的标准电容C8～C₁₁，其一端均串联一个阻值相应递减的电阻r₁～r₄，其阻值分别小于3000Ω、300Ω、30Ω和3Ω，这些电容标准与由作跟随器用的运算放大器A₃、阻值为小于300Ω的电阻r和容量值小于0.5μF的电容C7等构成的3个有源网络并联等效的1μF容量值的电容标准，一起组成一组损耗值固定的电容标准，并通过与各档串接的多档琴键式转换开关K6的状态选择，来实现标准电容量的各档十进转换；在输入级运算放大器A₁与第二级运算放大器A₂之间通过多档琴键式转换开关K₄，串接一组少于30个的标准电阻R₉～Rn，其每一小组由4～5个标准电阻R₉～R₁₂构成，从而形成可实现对每一标准电容量定值的输出细分变换的多档可变电导；在输入级运算放大器A₁之前，通过转换开关K₁的状态选择，分别串接两个阻值分别为50kΩ和5kΩ的电阻R₁和R₂，从而实现对容量值的1和1／10的倍率转换，相应的输入电压限额，倍率1／10的为50V，倍率1的为5V；在第二级运算放大器的两端并联一阻值为3.3333kΩ的电阻Rn5，另一阻值为30kΩ的电阻Rn1的并联与否，通过转换开关K₅来决定，从而实现对容量值的1和10／9的倍率转换。输入级运算放大器A₁的两端并联一个由阻值为5kΩ的电阻R₃串联一个由电感值为小于10mH，芯体为铁氧体的电感L和阻值为10kΩ的电阻R₄构成的阻抗网络的反馈电路，同时，在输入级运算放大器A₁的两端并联一个容量值为小于800PF的电容C₁，再通过转换开关K₂和K₃的选择，直接并联两个容量值分别为95.6PF和254.6PF的电容C₃和C₄或通过电阻值分别为2.7kΩ和300Ω的两个电阻R₇和R₈构成的分压电路，间接地并联上述两个电容C₃和C₄，实现损耗因数的多档定值；输入级运算放大器的正输入端接地电阻的阻值为2.4kΩ，第二级运算放大器的正输入端接地电阻的阻值为1.5kΩ。

Claims (8)

1、一种由运算放大器、电容元件、电阻元件和转换开关等组成的可变有源三端电容及损耗标准，其特征在于：

a)1μF容量值的电容标准由作跟随器用的运算放大器A₃、电阻γ和电容C₇构成的2～5个有源网络并联等效，

b)四个容量值分别为100pF、1000pF、10000pF和0.1μF的标准电容C₈-C₁₁，其一端均串联一个阻值相应递减的电阻r₁～r₄，构成损耗值固定的电容标准，

c)输入级运算放大器A₁的反馈电阻R₃的一端串联一由电感L和电阻R₄组成的阻抗网络，

d)电阻R₃和阻抗网络构成的电路两端并联一电容C₁，并用转换选择开关K₂和K₃，通过直接和由两个电阻R₇和R₈构成的分压电路间接方式，分别并联两个不同容量值的电容C₃和C₄，实现损耗因数的多档定值，

e)少于30个的标准电阻R₉～R_n构成多档可变电导，通过多档转换开关K₄的调节选择，实现每一标准容量定值的输出细分变换，

f)第二级运算放大器A₂的两端并联电阻R_n2，阻值九倍于它的电阻R_n1的并联与否由转换开关K₅的状态决定，

g)在输入级运算放大器之前，通过转换开关K₁的状态选择，分别串联两个阻值相差十倍的电阻R₁和R₂。

2、根据权利要求1所述的电容及损耗标准，其特征在于所述的100pF、1000pF、10000pF、0.1μF和1μF容量定值的电容标准，分别串接在多档琴键转换开关K₆的各档上，通过转换开关K₆的状态选择，实现标准电容量的十进转换。

3、根据权利要求1所述的电容及损耗标准，其特征在于所述的阻抗网络中的电感L的芯体为铁氧体，其电感值小于30mH，电阻R₄的阻值为1～30KΩ。

4、根据权利要求1所述的电容及损耗标准，其特征在于所述的电阻 的阻值小于300Ω，电容C₇的容量值为0.2～0.5μF，电容C₁的容量值为80～800pF、电容C₃和C₄的容量值分别为95.5pF和254.6pF。

5、根据权利要求1所述的电容及损耗标准，其特征在于所述的并联电阻Rn1和Rn2的阻值分别为30kΩ和3.3333kΩ或阻值为上述阻值乘以公共系数值的电阻。

6、根据权利要求1所述的电容及损耗标准，其特征在于所述的两个电阻R₁和R₂的阻值分别为50kΩ和5kΩ或阻值为上述阻值乘以公共系数值的电阻，反馈电阻R₃的阻值为电阻R₁的十分之一倍。

7、根据权利要求1或5所述的电容及损耗标准，其特征在于第二级运算放大器A₂的正输入端和其输出端之间，连接一个电阻Rn4与电容C₆串联的电路和一个接地电阻Rn3，Rn3的阻值为电阻Rn1的二十分之一倍。

8、根据权利要求1或6所述的电容及损耗标准，其特征在于输入级运算放大器A₁的正输入端和其输出端之间，连接一个电阻R₅与电容C₂串联的电络和一个接地电阻R₆，R₆的阻值为电阻R₁的0.048倍。