[发明专利]静态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，特别是一种静态电荷源及其校准方法。所述静态电荷源的输出电荷量受输出负载和输出电压的影响很小，具有稳恒输出特性，可称之为“直流（或静态）恒荷源”，能适用于高精度电路。

背景技术

静态电荷源能够用于校准电荷测量仪器、电荷放大器和信号调理器，也称电荷校准器，其基本工作原理如图1所示。图1中，静态电荷源1包括直流电压源Es，所述直流电压源Es的高端通过内部参考电容Cs连接电荷输出高端2，所述直流电压源Es低端连接电荷输出低端3，在电荷输出高端2与电荷输出低端3之间形成电荷源输出电压Vo，静态电荷量Q_o自内部参考电容Cs经电荷输出高端2输出。在Es的直流电压值和Cs的电容值已知的情况下，根据公式（1）确定输出的静态电荷量Q_o，其前提是输出电压Vo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：由于静态电荷源主要用于校准电荷测试仪器和电荷放大器等，某些被校准的仪器采用电容器对电荷量进行采样，该电容器成为静态电荷源输出端的负载，这时，等效电路如图2所示。在图2中，静态电荷源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CL。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），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。有的被校仪器输入等效电容值约为100pF，静态电荷源的内部电容值大于等于100pF，此项误差约为50%。静态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失调电压的影响：被校准仪器输入端必然存在失调电压Vi。考虑到失调影响，静态电荷源的实际输出电荷量为：

Q_o=C_s×(E_s-V_i)………………………………………(4)

失调电压的不确定对静态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