本發(fā)明涉及任意交流載波下的電容特性測量領域，特別是涉及任意交流載波下的電容特性測量設備及其測量方法。
背景技術：
在電路設計中需要精確了解一個元件的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，尤其是在實際工作中元件表現(xiàn)出的動態(tài)特性對電路工作影響較大。這就需要對元件的動態(tài)特性進行精確的測量。容性器件在不同載波下會有不同于靜態(tài)的特性，在直流偏壓、交流載波情況下會有不同的特性，尤其是在高頻交流載波下電容特性改變巨大，但是在交流載波下很難測定其容性特性。
電容器是電路中最基礎的元器件之一，在低壓低頻下電容特性比較穩(wěn)定，可以通過測定其靜態(tài)特性（包括電容容值、電容等效串聯(lián)電阻和電容等效串聯(lián)電感等）大致表達其特性。但是在高頻下，電容器將會隨著頻率的增高呈現(xiàn)出感性，而且在一定的交流偏壓下，電容特性也與靜態(tài)時所測定的不同，這將會給電路設計、EMI設計帶來極大干擾和難度。當前開關電源朝著高頻化發(fā)展，電容器等容性器件起到交流濾波作用應用廣泛，EMI濾波電容常工作在50Hz的工頻下，其電容特性可能隨著工頻載波的不同而改變，但是目前電路設計均為考慮到這一點。高頻交流載波下電容器的特性會發(fā)生改變使得靜態(tài)測定的電容特性已經(jīng)失去其意義。所以測定動態(tài)情況下尤其是交流偏壓下電容特性有其必要性。
現(xiàn)有測量電容參數(shù)方法為用萬用表等儀器設備測定電容的靜態(tài)特性，儀器分模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式儀器主要通過電橋法或者諧振法測量電容的靜態(tài)特性，其中電橋法廣泛應用于普通萬用表。模擬法測得的數(shù)值難以達到較高精度。數(shù)字式儀器主要通過先在待測物兩端加小信號源，再通過數(shù)字傳感器采集待測物體兩端的電壓、電流信號，通過微處理器分析運算即可得出該待測物的特性。提高傳感器精度、微處理器AD采樣精度、處理器運算精度以及合理的算法均可以有效提高測試精度。故數(shù)字式儀器普遍比模擬式高。目前普遍使用的數(shù)字化儀器有LCR表、阻抗分析儀、網(wǎng)絡分析儀等。
上述兩種測量方法其電路載流能力決定不允許在待測物兩端帶強電工作，否則可能測量錯誤甚至燒毀儀器?，F(xiàn)有技術中儀器測得的數(shù)據(jù)為電容的靜態(tài)特性，無法實現(xiàn)電容在交流載波情況下的特性測量。電容在交流偏壓下實際工作特性與靜態(tài)特性差異較大。目前儀器尚未能夠實現(xiàn)任意交流載波下電容的特性測量。
技術實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種任意交流載波下的電容特性測量設備及其測量方法，針對目前難以測定的電容器件在交流載波下的特性測量提出了新的測量方法，能夠有效準備測定任意交流載波下的電容的特性。
1、本發(fā)明采用以下方案實現(xiàn)：一種任意交流載波下的電容特性測量設備，包括一載波低頻交流源、一高頻小信號激勵源、一待測量電容C；所述載波低頻交流源包括載波激勵源與第一變壓器，所述高頻小信號激勵源包括高頻激勵源與第二變壓器；所述第一變壓器包括原邊繞組N1、副邊繞組N2、副邊繞組N3，所述第二變壓器包括原邊繞組N6、副邊繞組N4、副邊繞組N5；第一變壓器副邊兩繞組同名端相連形成一個公共端，構成含有中間連接點的第一副邊串聯(lián)結構；第二變壓器副邊兩繞組同名端相連形成一個公共端，構成含有中間連接點的第二副邊串聯(lián)結構；所述待測量電容C的兩端與所述第一副邊串聯(lián)結構中間連接點及第而副邊串聯(lián)結構中間連接點相連；所述待測量電容C與任一副邊串聯(lián)結構公共端間串聯(lián)有一用以測量其瞬時電流大小ic（t ）的電流表，所述待測量電容C的兩端并聯(lián)有一用以測量其瞬時電壓大小uc（t ）的電壓表；所述第一變壓器的原端繞組N1與所述載波激勵源相連，所述第二變壓器的原端繞組N6與所述高頻激勵源相連；所述第一變壓器的次級端N2的同名端與所述第二變壓器的初級端N4的同名端之間連接有一阻抗，所述第一變壓器的次級端N3的同名端與所述第二變壓器的初級端N5的同名端之間連接有另一阻抗。
進一步地，所述載波激勵源的輸出電壓值為u1（t ） ，所述第一變壓器的匝比為N1:N2:N3=N:1:1；所述高頻激勵源的輸出電壓值為u2（t） ，u2（t ）小于u1（t ） ，所述第二變壓器的匝比為N4:N5:N6=1:1:M。
進一步地，所述電壓表、電流表可以分別采用示波器電壓探頭、電流鉗代替。
進一步地，所述阻抗可以為電感、電阻、電容或者三者串并聯(lián)體，目的是防止變壓器結構不對稱，保證安全情況下盡量設計小。
本發(fā)明還采用以下方法實現(xiàn)：一種任意交流載波下的電容特性測量設備的測量方法，包括以下步驟：
步驟S1：搭建上述測量設備，先開啟測量設備中的交流載波源,再開啟高頻激勵源，測量流過待測量電容C電流和兩端電壓，得到電壓表和電流表的數(shù)據(jù)分別為uc（t） ，ic（t）；
步驟S2：通過待測量電容C兩端的電壓為交流載波激勵源和高頻測量激勵源的疊加，根據(jù)下式得出在N倍載波下任意一時刻t時的電容C的阻抗值ZC(t)：
步驟S3：對不同頻率f 的高頻激勵源進行掃頻，根據(jù)上式得出電容C阻抗特性隨時間t、高頻激勵源f 的變化關系。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：1、解決了電容器件在任意交流載波下難以測量動態(tài)特性的難題。2、電路簡單，沒有復雜運算，整個測量過程簡潔方便。3、該方法同樣可以用于小信號法測量其他阻抗的特性。如測量電感在交流載波下的特性，便于日后理論分析。4、實現(xiàn)了兩個交流源的隔離問題，解決了兩個不同頻率、不同相位的交流源不可以串聯(lián)使用的難題。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的測量設備的示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步說明。
2、本實施例提供一種任意交流載波下的電容特性測量設備，如圖1所示，包括一載波低頻交流源、一高頻小信號激勵源、一待測量電容C；所述載波低頻交流源包括載波激勵源與第一變壓器，所述高頻小信號激勵源包括高頻激勵源與第二變壓器；所述第一變壓器包括原邊繞組N1、副邊繞組N2、副邊繞組N3，所述第二變壓器包括原邊繞組N6、副邊繞組N4、副邊繞組N5；第一變壓器副邊兩繞組同名端相連形成一個公共端，構成含有中間連接點的第一副邊串聯(lián)結構；第二變壓器副邊兩繞組同名端相連形成一個公共端，構成含有中間連接點的第二副邊串聯(lián)結構；所述待測量電容C的兩端與所述第一副邊串聯(lián)結構中間連接點及第而副邊串聯(lián)結構中間連接點相連；所述待測量電容C與任一副邊串聯(lián)結構公共端間串聯(lián)有一用以測量其瞬時電流大小ic（t ）的電流表，所述待測量電容C的兩端并聯(lián)有一用以測量其瞬時電壓大小uc（t ）的電壓表；所述第一變壓器的原端繞組N1與所述載波激勵源相連，所述第二變壓器的原端繞組N6與所述高頻激勵源相連；所述第一變壓器的次級端N2的同名端與所述第二變壓器的初級端N4的同名端之間連接有一阻抗，所述第一變壓器的次級端N3的同名端與所述第二變壓器的初級端N5的同名端之間連接有另一阻抗。
在本實施例中，所述載波激勵源的輸出電壓值為u1（t ） ，所述第一變壓器的匝比為N1:N2:N3=N:1:1；所述高頻激勵源的輸出電壓值為u2（t ） ，u2（t ）小于u1（t ） ，所述第二變壓器的匝比為N4:N5:N6=1:1:M。
其中，N=M=2是典型值，可以直接使用上述公式計算，當M、N可以為任意其他正數(shù)時u1（t）應按照比例改變。
在本實施例中，所述電壓表、電流表可以分別采用示波器電壓探頭、電流鉗代替。
在本實施例中，所述阻抗可以為電感、電阻、電容或者三者串并聯(lián)體，目的是防止變壓器結構不對稱，保證安全情況下盡量設計小。
在本實施例中，一種任意交流載波下的電容特性測量方法，包括以下步驟：
步驟S1：搭建上述測量設備，先開啟測量設備中的交流載波源,再開啟高頻激勵源，測量流過待測量電容C電流和兩端電壓，得到電壓表和電流表的數(shù)據(jù)分別為uc（t） ，ic（t） ；
步驟S2：通過待測量電容C兩端的電壓為交流載波激勵源和高頻測量激勵源的疊加，根據(jù)下式得出在N倍載波下任意一時刻t時的電容C的阻抗值ZC(t)：
步驟S3：對不同頻率f 的高頻激勵源進行掃頻，根據(jù)上式得出電容C阻抗特性隨時間t、高頻激勵源f 的變化關系。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。