陳一之

(長江大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 荊州 434023)

在大學(xué)物理實驗中采用電位差計、標(biāo)準電阻、標(biāo)準電池、檢流計來測量，根據(jù)U=E－IR內(nèi)可知，測量電路如圖1，測量時必須讓電池放出一部分電流，或者用舊電池來測量比較好。為控制測量回路電流的大小，要設(shè)置一個限流電阻R。電池內(nèi)阻的測量采用電流－電壓變換法。測量阻值十分準確的標(biāo)準電阻RS兩端電壓。

圖1

根據(jù)電壓除以電阻算出電流值，

由于待測電池的電壓EX為常數(shù)。

則

以上是實驗中所測量電池阻抗的方法。

長期以來，電池內(nèi)阻的測量都是采用電阻分壓的方法來完成，但測量時所需的儀器較多，對測量電池的要求也不一致，所以測量的數(shù)據(jù)隨電池對電阻放電，而影響測量精度。

為了提高測量精度和減少電池的損耗，根據(jù)實驗室現(xiàn)有的儀器設(shè)備，提出如圖2所示的簡易測量電路。

圖2

圖中EX是待測電池，AC是函數(shù)信號發(fā)生器的交流電壓，Uo接示波器和數(shù)字電壓表。電池的阻抗等于加在待測兩端的交流電壓與流過電流的比值。圖2中函數(shù)信號發(fā)生器通過使用疊加在十倍大負直流電壓，在Uo處的交流電壓來確定T1所吸收的電池電流，函數(shù)信號發(fā)生器的電壓使運算放大器輸出變高，而使T1導(dǎo)通，電池電流流過精密電流傳感放大器IC1，IC1的OUT輸出電流等于電池電流的1/2000。

IC1采用精密高端電流檢測放大器，有一個輸出端可以用一個電阻來簡單地實現(xiàn)以地為參考點的電壓/電流的轉(zhuǎn)換，并可工作在較寬的電壓和較大的電流范圍。

IC1、IC2和T1構(gòu)成一個環(huán)路，在環(huán)路中運算放大器使R3的左端虛擬接地。運放極低的偏流(Vmax=10μA)確保測量精度。這樣虛擬接地狀態(tài)由(R5和R3//R4)和函數(shù)信號發(fā)生器決定R3兩端的電壓。

代入電阻值時考慮到電池電流是iR3的2000倍。

函數(shù)信號發(fā)生器的電壓設(shè)置為直流分量的10%，由上式給出電池中的交流電流，可以用交流電壓表來測量電池兩端的交流電壓除以電池的個數(shù)，計算電池的阻抗?？梢酝瑫r測量幾個電池組。

圖2中，可以通過提高R3的阻值來改變VA的幅度，但幅度提高后，環(huán)路的增益提高而產(chǎn)生不穩(wěn)定，增加由R2、C1接成的頻率補償網(wǎng)絡(luò)進行補償。在實驗中的使用AC應(yīng)選頻率為100Hz可以用一般的交流電壓表來測定。如用數(shù)字示波器直接測量，但AC的頻率可以提高到1KHz～10KHz。

實驗結(jié)果:取單一R40電池和R20S電池作待測電池，用實驗室的電橋如圖1的方法和用圖2的方法進行測量進行測量，其結(jié)果如下:

?

另取一組R40和R203電池作待測電池，用圖2的方法進行測量。其結(jié)果如下:

?

比較兩組測量結(jié)果可以看出:利用第二種方法測得的結(jié)果與第一種方法測得的結(jié)果完全相同，而輸出電流只是其二千分之一，在測量過程中對電池沒有損害，起到了保護電池的作用。

［1］楊述武，楊介信，陳國英.普通物理實驗［M］.北京:高等教育出版社，2000.

［2］陸坤，奚大順，李之全.電子設(shè)計技術(shù)［M］.成都:電子科技大學(xué)出版社，1997.

［3］何小挺.電子系統(tǒng)設(shè)計［M］.杭州:浙江大學(xué)出版社，2001.