[发明专利]有源可变阻抗合成器

说明书

技术领域

本发明涉及一种运算放大器电路应用于三端阻抗变换技术的方法，特别涉及一种采用伴测电路、等电位跟踪电路及确定频率下提高运算放大器稳定性电路，以形成高精度、宽频、有源阻抗可变的合成装置。

背景技术

LCR测量仪是一种计量器具，应定期应用标准计量量具(如电容器、电感器)用于对测量仪进行检验或校准，以保持其测量精度。在精密阻抗计量测试或调试宽频的高精度LCR测量仪中，有一个突出的问题是缺少高精度、高频的计量量具。

要制造100kHz、1MHz精密的、稳定的损耗低的电感、电容和交流电阻标准量具是不容易的。作为单个体的标准量具目前有美国Agilent公司的16380A型1pF、10pF、100pF和1000pF四端对空气介质电容器，有美国QuadTech公司的1406型100pF、1000pF同轴空气介质电容器及西安电子部二十所制造的CO-120-1型100pF、200pF、500pF和1000pF同轴空气介质电容器。但是，这些单个体的标准量具电容量值范围不宽，计量值局限于几个点，也没有100kHz、1MHz的高频电感标准量具和交流标准电阻量具。还有，单个体的标准量具在计量测试中需要分别与测量仪连接，测量一种量具就要连接一次，很是麻烦，而且不能符合由点到面，由单值到多值的检定。目前，国内外宽频(如20Hz～1MHz)、高精度(0.05％及以上)的LCR测量仪产品越来越多，已广泛应用于计量部门、研究单位、企事业单位对LCR元件及参数的测量，现有的单个体的标准量具已远远不能满足对国内外的LCR测量仪的计量需求及调试需求。

阻抗的模拟和变换是运算放大器的一个重要应用方面，高精度、宽频、可变的有源阻抗合成装置有很大的发展前景，如美国Fluke公司已将“Impedancesynthesizer”(US 5485115)专利技术应用于一种称为多产品校准仪的产品中，其有源标准电容器的工作频率可达50kHz，不确定度达2×10^-3等级，多种电容值由程控D/A转换器以调节运算放大器的增益来获得。这种标准电容器可满足校验二端式手持电容表的需要，但是不能满足校验高精度(0.05％及以上)的LCR测量仪需求。

因此，目前还未有适用于高精度LCR测量仪的工作频率达1MHz、不确定度等级达10^-4数量级的可变有源电容器和可变有源电感器产品。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适应更高频率并具有更高精度的有源可变阻抗合成器，可以合成电感或者电容。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种有源可变阻抗合成器，适于合成一定范围的电容，其包括有源电容电路和伴测电路。

有源电容电路具有第一端、第二端和第三端，其包括第一运算放大器、第一电阻、第一电容和第一可变电阻器，第一运算放大器具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接有源电容电路的第一端，第二输入端连接有源电容电路的第三端，且第三端为低电位端；输出端连接第一可变电阻器的一端，第一可变电阻器的另一端连接有源电容电路的第二端；第一电容跨接在第一运算放大器的第一输入端与输出端之间。

伴测电路包括第二运算放大器、第一阻抗、第二阻抗、第三阻抗和第二可变电阻器，第二运算放大器具有第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端连接第一阻抗的一端，第一阻抗的另一端连接所述有源电容电路的第一端，第二输入端连接一低电位端，第二阻抗跨接在第二运算放大器的第一输入端与输出端之间；第三阻抗一端连接第二运算放大器的第一输入端，另一端连接第一运算放大器的输出端；第二可变电阻器一端连接第二运算放大器的输出端，另一端连接有源电容电路的第二端。

在上述的阻抗合成器中，第一电阻的阻值R和第一电容的电容值C满足：RC＝1/ω，其中ω为有源电容电路的工作频率。

在上述的阻抗合成器中，伴测电路的第三阻抗与第二阻抗的值相等。

在上述的阻抗合成器中，第二可变电阻器的阻值是依据第一可变电阻器的阻值而同步调节。

在上述的阻抗合成器中，阻抗合成器具有一屏蔽外壳，其通过电压跟随器连接至第一、第二运算放大器的第二输入端所连接的低电位端，以进行等电位跟踪；在四端对连接时，阻抗合成器具有一BNC接头，其外壳也通过电压跟随器连接至第一、第二运算放大器的第二输入端所连接的低电位端，以进行等电位跟踪。LCR测量仪的机壳与BNC连接件(若有的话)会在测量时连接阻抗合成器的外壳或BNC接头，因此也间接地连接所述低电位端。