ZHCAEP6 November 2024 OPA928
电容器由具有介电常数和介电损耗的介电材料制成。介电常数和介电损耗取决于频率和温度。在此情况下,频率极低、温度稳定。
由于电阻率较高,因此选择了聚丙烯电容器作为积分器。大多数聚合物是介电材料。介电材料会被外部电场极化。极化有几种模型,分别是电子云极化、原子和离子的离子极化以及偶极取向极化。
在此情况下,介电常数会随着偶极的移动而增加,偶极沿外部电场的方向移动,直到取向对齐。
介电弛豫是机械取向过程。在取向过程中,偶极周围的分子会产生阻力,因此取向需要一定时间才能完成。
对于高频电场环境,偶极不能随电场变化而变化,因为这比取向过程更快。另外,对于低频电场,偶极会随电场变化而变化,没有延迟。
具有介电吸收能力的电容器的电子模型如下所示。该模型包含多个并联的 RC 时间常数。由于寄生电容器和电阻的时间常数很长,因此电容器就像记住了先前电压一样。
介电吸收根据 IEC/EN 60384-1 实行标准化。根据测量程序,以直流电压对电容器充电 60 分钟,然后放电 10 秒。接着测量电压恢复 15 分钟,这表示介电吸收电压。前后电压的百分比是吸收水平。聚丙烯膜电容器的介电吸收率为 0.05% 至 0.1%。
要测量飞安级超低电流,需要有足够时间来进行介电吸收和弛豫。
图 4-16 显示了在不同启动电压下多个周期的积分测量。
使用图 4-17 中的数据来计算 IB,可以看到,初始 IB 测量值与稳定的测量值有很大差异。这一结果是 IB 的额外误差,它从不同点开始,随时间推移逐渐对齐到一起,在此例中为 Vcal 升高。尽管弛豫过程的时间很长,但可以认为在 Vcal = 0.4V 时,随着曲线对齐,介电吸收几乎可以忽略不计。因此,Vcal 的 IB 与 Vcal 间的斜率为 0.4V 至 0.6V,这表示存在电阻。根据斜率计算,电阻很可能为 16.2 x 1015Ω。
此时,我们只需要考虑三个参数,分别为介电吸收、电容器电阻和 IB,如图所示。
根据我们求导的 Vcal 估算测量斜率的误差。当电容器的电压为 100mV 时,校准使用 16.2PΩ 电阻来提供 6aA 漏电流。
例如,如果我们测量缓冲器(增益 10x)输出的斜率为 10uV/秒,Vcal 为 1V(即 100 [pF] 积分电容器的电压),则 IB 的计算公式为
10 x 10-6/10 x 100 x 10-12 = 100aA(不带校准)
10 x 10-6/10 x 100 x 10-12 + 0.1/16.2 x 10-15 = 106aA(带校准)。
我们可以根据 Vcal 和 IB 的符号对测量值加减漏电流。