[发明专利]一种采用跨导分流结构实现交流阻抗测量的电路及方法

权利要求书

1.一种采用跨导分流结构实现交流阻抗测量的电路，其特征在于：该电路包括交流电压源、运算放大器（OP1）、差分放大器（OP2）、测量电阻（Rs）及电容（Cx），待测产品（Rx）并联在所述电容（Cx）的两端且一端共地，所述测量电阻（Rs）的一端与所述电容（Cx）的一端连接，所述测量电阻（Rs）的另一端与所述运算放大器（OP1）的输出端连接，所述运算放大器（OP1）的输出端还与所述差分放大器（OP2）的负输入极连接，所述运算放大器（OP1）的正输入极与所述差分放大器（OP2）的正输入极连接，在所述电容（Cx）与所述测量电阻（Rs）的连接点之间设置有保护环（a）与所述运算放大器（OP1）的负输入极相连接，所述交流电压源加载在所述运算放大器（OP1）的正输入极与地之间，在所述差分放大器（OP2）的输出端获取差分输出电压Vo。

2.根据权利要求1所述的一种采用跨导分流结构实现交流阻抗测量的电路，其特征在于：所述电容（Cx）和被测产品外围设置有EMI屏蔽盒（b）。

3.根据权利要求1所述的一种采用跨导分流结构实现交流阻抗测量的电路，其特征在于：所述交流电压源为直接数字式频率合成器。

4.一种利用如权利要求1所述的电路实现交流阻抗测量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）计算被测产品电阻：首先在所述运算放大器（OP1）的正输入极与地之间输入一个直流测量电压V_REF，该直流测量电压V_REF 与待测产品两端的压降V₁相等，待测产品（Rx）两端的电压将为定值，流过测量电阻（Rs）的电流I_RS=I+Iop，I是流经待测产品（Rx）的电流，Iop是所述运算放器（OP1）的偏置电流，偏置电流Iop足够小到忽略不计，得到I=I_RS，此时，所述运算放器（OP1）等效成为分流器，待测产品（Rx）的阻值变化引起所述运算放器（OP1）的正输入极与输出极之间的电压V_AB的电平变化，再通过所述差分放大器（OP2）差分取样获得差分输出电压值Vo的变化，此时，V_AB=V_O，由此推出Rx的测量值为I=I_RS=V₀/R_S，R_X=V₁/I，V₁=V_REF；

（2）在所述运算放大器（OP1）的正输入极与地之间切换为交流电压源输入，所述交流电压源产生一个正弦交流电压信号，分别使用模数转换器读取单位周期内交流输入电压V_REF和差分输出电压V_O的电压值n组，并计算出V_{REF_RMS}和V_{O_RMS}两个有效值，其计算公式如下：

其中，V_{REF_RMS}为由交流电压源产生后输入的正弦波信号V_REF的有效值，V_{O_RMS}为运放分流后获得的正弦波信号V_O的有效值，该值与所述差分放大器（OP2）的正负输入极间的电压值相一致，V_{REF_MAX}为交流输入电压V_REF的n次读数中的最大值，V_{REF_n}为交流输入电压V_REF的第n次读数，V_{0_MAX}为差分输出电压V₀的n次读数中的最大值，V_{0_n}为差分输出电压V₀的第n次读数，n为电压读取的次数，也是有效值计算中参与运算的电压次数；

（3）当交流测试回路中的电流与电压存在相位差时，则交流阻抗计算如下

其中，Rs为测量电阻的阻值，Iin为信号电流，ω为角频率，t为时间，为初始相位，X_C为阻抗值，C_X为电容值，f_o为正弦波频率；

（4）当待测产品具有以电阻形式存在的实部阻抗和以电容形式存在的虚部阻抗，且流过待测产品的总抗中电流相位超前电压相位90度时，则有

,由此建立关于阻抗X_C的数学模型，可得

其中，X_C表示阻抗、C_X表示电容值，J表示虚数符号，ω表示角频率，C_S表示电容，f_o为正弦波频率，Rs为测量电阻的阻值。

5.根据权利要求4所述的交流阻抗测量的方法，其特征在于：所述交流电压源产生的正弦交流电压信号为1Vpp、频率f₀为10～100Hz范围内的正弦交流信号。