[发明专利]交流电荷源及其校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及电荷源技术，特别是一种交流电荷源及其校准方法。所述交流电荷源的输出电荷量受输出负载和输出电压的影响很小，具有交流恒荷源的特性，能适用于高精度电路。

背景技术

用于校准交流电荷测量仪器、交流电荷放大器和交流信号调理器的交流电荷源，也称交流电荷校准器，均采用如图1所示基本工作原理。图1是现有技术交流电荷源的电路原理结构图。图1中，交流电荷源1包括交流电压源Es，所述交流电压源Es一端通过内部参考电容Cs连接电荷输出高端2，另一端连接电荷输出低端3，交流电荷量Qo自内部参考电容Cs经电荷输出高端2输出。在交流电压值E_s和电容值C_s已知的情况下，根据公式（1）确定输出的交流电荷量Q_o，其前提是输出电压为零，或者小到可以忽略的程度。

Q_o=C_s×E_s………………………………(1)

这种电荷源结构简单，输出噪声小，但存在着如下问题：

（1）输出电荷量受被校准仪器的输入电容的影响：由于交流电荷源主要用于校准交流电荷测试仪器和交流电荷放大器等，某些被校准的仪器采用电容器对电荷量进行采样，该电容器成为交流电荷源输出端的负载，这时，等效电路如图2所示。图2是现有技术电荷源接入电容负载时的等效电路结构原理图。在图2中，交流电荷源1的电荷输出高端2与电荷输出低端3之间连接着负载电容C_L。当输出端的负载电容值为C_L时，实际的输出电荷量为：

Qo=CsCLCs+CL×Es---(2)]]>

由负载电容引起的输出电荷量相对误差γ_C为：

γc=CsCL+Cs---(3)]]>

由公式（3）可知，C_L越小，产生的误差越大。只有当C_L远大于C_s时，其影响才能忽略。有的被校仪器最小的输入等效电容值C_L为100pF，当交流电荷源的内部参考电容值C_s等于100pF时，此项误差达到50%。交流电荷源输出电荷量受被校准仪器的输入电容的影响非常大。

（2）输出电荷量受被校仪器输入端输入电压的影响：当被校准仪器的输入端存在输入电压时，交流电荷源的实际输出电荷量为：

Q_o=C_s×(E_s-V_i)……..………………………………(4)

输入电压的不确定对交流电荷源输出的电荷量有着直接的影响。特别是在准确度要求高的工作环境下，这一问题更为突出。

发明内容