什麼是開路電壓？——定義、計算和示例

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在電氣和電子電路中，兩點之間的電位差被稱為電壓或電位差。在分析電路時，有時會遇到“開路電壓”這個術語。當我們使用戴維南定理分析電路時，開路電壓這個術語非常常見。因此，在本文中，我們將討論什麼是開路電壓，以及如何計算和測試它。讓我們從開路電壓的基本介紹開始。

什麼是開路電壓？

在電路中，當產生間隙或斷路時，斷路兩點之間的電位差被稱為開路電壓。在電路分析術語中，我們通常將開路電壓稱為戴維南電壓，因為開路電壓的計算用於戴維南定理。開路電壓通常用符號𝑉OC表示。開路電壓通常用於表示太陽能電池和電池的電壓或電位差。

開路電壓的確定

在電路中，當我們需要確定開路電壓時，電路的整個負載被移除。在這種情況下，唯一的電壓降發生在電源（如電池或太陽能電池）的內阻中。然而，這個內部電壓降非常小。現在，我們只需使用電壓表或萬用表測量開路端子之間的電壓。

在電路分析中，我們使用標準程式來確定開路電壓，如下所述。考慮圖1所示的電路。

在這裡，我們必須確定負載端子ab上的開路電壓。我們按照以下步驟進行：

步驟1 - 我們將負載𝑅_𝐿從電路中移除，並將開路端子之間的電壓標記為𝑉_OC，如圖2所示。

步驟2 - 透過觀察，很明顯沒有電流流過電阻𝑅₃，因此電阻𝑅₃上沒有電壓降。因此，開路電壓等於電阻𝑅₂上的電壓降。

步驟3 - 使用簡單的分壓規則，電阻𝑅₂上的電壓由下式給出：

$$\mathrm{V_{R2}=\frac{V_{S}R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}$$

步驟4 - 由於電阻𝑅₂上的電壓和開路電壓相等，即：

$$\mathrm{V_{OC}=V_{R2}=\frac{V_{S}R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}$$

透過這種方式，我們通常確定電路中的開路電壓。

什麼是開路電壓測試？

開路電壓測試主要用於確定電池和太陽能電池的電勢能力。該測試給出電池正負極之間的電壓或電位差值。我們可以對一次電池和二次（可充電）電池進行開路電壓測試。開路電壓測試收集的資料用於計算可充電電池的充電狀態 (SOC)。

當我們參考電池的資料表時，電池上提到的電壓是製造商定義的開路電壓。電池的開路電壓測試使用萬用表進行。為此，我們將萬用表旋鈕設定在直流電壓上，並測量電池端子上的電壓。

對於一次電池，進行開路電壓測試是為了檢查電池的狀態，即電池是否損壞。而對於可充電電池，開路電壓測試用於檢查電池是否充電或放電。

為什麼開路電壓不是零？

眾所周知，電壓是兩點之間的電位差。這意味著這兩點沒有連線在一起，或者我們可以說這兩點連線到兩個不同的電位。

對於開路，兩點沒有相互連線，但這兩點中的每一個都連線到電壓源（如電池）的端子。由於電池的兩端具有不同的電位水平，因此開路的兩個點也是如此。這樣，在開路的兩個點之間產生電位差，因此開路電壓不是零。

注意 - 對於太陽能電池，在零電流條件下可獲得最大電壓。因此，太陽能電池的最大電壓是其開路電壓。

數值示例

確定圖3所示電路中負載端子ab上的開路電壓。

解答

在給定電路中，開路電壓等於6Ω電阻上的電壓，因為沒有電流流過20Ω電阻。因此，使用分壓規則，我們得到：

$$\mathrm{V_{OC}=V_{6\Omega }=\frac{12\times 6}{10+6}}$$

$$\mathrm{V_{OC}=4.5\, V}$$