电池内阻简易测量电路

陈一之

(长江大学 物理科学与技术学院，湖北 荆州 434023)

在大学物理实验中采用电位差计、标准电阻、标准电池、检流计来测量，根据U=E－IR内可知，测量电路如图1，测量时必须让电池放出一部分电流，或者用旧电池来测量比较好。为控制测量回路电流的大小，要设置一个限流电阻R。电池内阻的测量采用电流－电压变换法。测量阻值十分准确的标准电阻RS两端电压。

图1

根据电压除以电阻算出电流值，

由于待测电池的电压EX为常数。

则

以上是实验中所测量电池阻抗的方法。

长期以来，电池内阻的测量都是采用电阻分压的方法来完成，但测量时所需的仪器较多，对测量电池的要求也不一致，所以测量的数据随电池对电阻放电，而影响测量精度。

为了提高测量精度和减少电池的损耗，根据实验室现有的仪器设备，提出如图2所示的简易测量电路。

图2

图中EX是待测电池，AC是函数信号发生器的交流电压，Uo接示波器和数字电压表。电池的阻抗等于加在待测两端的交流电压与流过电流的比值。图2中函数信号发生器通过使用叠加在十倍大负直流电压，在Uo处的交流电压来确定T1所吸收的电池电流，函数信号发生器的电压使运算放大器输出变高，而使T1导通，电池电流流过精密电流传感放大器IC1，IC1的OUT输出电流等于电池电流的1/2000。

IC1采用精密高端电流检测放大器，有一个输出端可以用一个电阻来简单地实现以地为参考点的电压/电流的转换，并可工作在较宽的电压和较大的电流范围。

IC1、IC2和T1构成一个环路，在环路中运算放大器使R3的左端虚拟接地。运放极低的偏流(Vmax=10μA)确保测量精度。这样虚拟接地状态由(R5和R3//R4)和函数信号发生器决定R3两端的电压。

代入电阻值时考虑到电池电流是iR3的2000倍。

函数信号发生器的电压设置为直流分量的10%，由上式给出电池中的交流电流，可以用交流电压表来测量电池两端的交流电压除以电池的个数，计算电池的阻抗。可以同时测量几个电池组。

图2中，可以通过提高R3的阻值来改变VA的幅度，但幅度提高后，环路的增益提高而产生不稳定，增加由R2、C1接成的频率补偿网络进行补偿。在实验中的使用AC应选频率为100Hz可以用一般的交流电压表来测定。如用数字示波器直接测量，但AC的频率可以提高到1KHz～10KHz。

实验结果:取单一R40电池和R20S电池作待测电池，用实验室的电桥如图1的方法和用图2的方法进行测量进行测量，其结果如下:

?

另取一组R40和R203电池作待测电池，用图2的方法进行测量。其结果如下:

?

比较两组测量结果可以看出:利用第二种方法测得的结果与第一种方法测得的结果完全相同，而输出电流只是其二千分之一，在测量过程中对电池没有损害，起到了保护电池的作用。

［1］杨述武，杨介信，陈国英.普通物理实验［M］.北京:高等教育出版社，2000.

［2］陆坤，奚大顺，李之全.电子设计技术［M］.成都:电子科技大学出版社，1997.

［3］何小挺.电子系统设计［M］.杭州:浙江大学出版社，2001.