测定直流电源的参数并研究其输出特性

测定直流电源的参数并研究其输出特性

【目的要求】

1. 用伏安法测定干电池的输出电压随电流变化的规律，并测定电池的电动势和内阻

2. 测量电池的负载功率特性

3. 学习用作图法处理实验数据 【实验原理】

1. 描绘干电池的伏安特性曲线，并测定电源的电动势和内阻

由于电表不能看成理想电表，因此电流表外接时，电压的测量为不准确值，此时测得的电源内阻为电源与电流表的串联电阻；电流表内接时，测得的电源内阻为电源与电压表的并联电阻。

为减小实验误差采用电流表内接电路，如右图一所示。 假设电表为理想电表有：

U E Ir =-

测出多组路端电压与电流值，并作出U I -图像，如图二所示。 根据图像可得纵轴的截距为电源的电动势。直线的斜率为电源的内阻值。 2. 测量干电池的负载功率随负载变化的规律

如图三所示：由于电流表的内阻不能忽略，且和电源内阻相差不大，故本实验采用一定值电阻和一电压表并联的方法测量电流，这样的测量减小电流表在电路中带来的误差。从而用得到的电压与电流值计算R L 上

的功率随电阻R L 的变化情况。且此处的0R 可其一定的保护作用 【实验仪器】

UT39A 万用表 干电池 5.1Ω标准电阻 导线 面包板 开关 【实验步骤】

1. 测量干电池的电动势

用数字万用表的电压挡直接测量电源的电动势E 2. 描绘干电池的伏安特性曲线

（1） 按图一连接电路（注意合上开关前，变组箱电阻应最大） （2） 调节变组箱组值，测量并记录U I 、值 （3） 画U I -曲线，通过图线得出E ，r 的值 3. 测量干电池的负载功率随负载变化的规律

（1） 按图三连接电路，另0R =5.1Ω

（2） 调节R L 阻值，R L 取0r R +的3～4倍逐渐较小到0r R +的一半左右，记录此时

两电压表的读数。并作L L P R -图像，判断变化规律

【数据处理】（实验数据来自胡毓文） 1.用万用表直接测得电源电压为E=1.415V 2.定U —I 曲线，并得出电源电动势和内阻 U/V 1.259 1.248 1.237 1.225 1.209 1.195 1.177 1.139 1.117 1.063 0.938 I/mA 96.4

107.1 116.4 127.1 140.7 156.2 178.3 210.0 230.0 290.0 460.0

根据图像可得

电源的电动势为 1.35E V = 电源内阻为 0.91r =Ω

利用最小二乘法可得： 1.3370.898U I =+ 即： 1.337E V = 0.898r =Ω

4. 描绘负载功率随负载电阻变化的关系。（本组数据来自李乐章）

0 5.1R =Ω

/L R Ω 9.9 8 7 6 5.8 5.6 5.4 5.2 5.0 4.8 3.0 2.0 1.0 /L U V 0.895 0.835 0.787 0.751 0.726 0.714 0.701 0.689 0.675 0.717 0.514 0.425 0.307 0/U V 0.444 0.499 0.544 0.576 0.598 0.609 0.621 0.632 0.644 0.608 0.792 0.875 0.982 0/I A

0.087 0.098 0.107 0.113 0.117 0.119 0.122 0.124 0.126 0.119 0.155 0.172 0.193 /L P mW

77.8

81.8

84.2

84.9

84.9

85.0

85.5

85.4

85.3

85.3

79.7

73.1

59.3

由右图5可知，L R 上的功率随着，L R 的增大，先增大后减小。该当 5.4L R =Ω时，

其上的功率最大。

【误差分析】

（1） 由于电压表的存在，在测量电源内阻时，使得测量结果偏小，电动势的测量结

果也偏小

（2） 电池在实验过程中放电，造成电源的内阻变大。

（3） 电阻箱（长时间用过的电阻箱）的接触电阻不能忽略。

（4） 电源放电时，尤其是电流较大时，温度变化，影响电源的电动势和内阻。 【说明】

（1） 该干电池为旧电池为宜，因为此时电池内阻较大，绘制的伏安特性曲线不至于太平，

随外电阻的变化，其路端电压变化较大些。

（2） 在此实验中电流不能太大，而且不能长时间通电，不然会影响被测量电源的内阻。 （3） 本实验不可以用磁电式电表直接测量电源电动势，但可以用数字万用表直接测量，

因为数字万用表的电压挡内阻一般大于10M Ω

（4） 用作图法处理数据得到的电源的电动势和内阻的有效位数为2-3位，而用最小二成

法处理数据可以有4位有效数字。 （5） 根据L L P R -图像也可以得到电源的内阻值，但这种方法得到的结果不够准确。且如

果用电流表外接法来测量的话，误差甚至超过100%

（6） 在作L L P R -图像时，即将到达最大值附近应取L R 的值密集些。