負載效應

負載效應是指：僅當由於負載的變化而引起輸出穩定量的變化的效應稱為負載效應。

測量系統和被測對象之間、測量系統內部各環節之間互相聯接必然產生相互作用。接入的測量裝置，構成被測對象的負載；後接環節總是成為前面環節的負載，並對前面環節的工作狀態產生影響。兩者總是存在著能量交換和互相影響，以致系統的傳遞函式不再是各組成環節傳遞函式的疊加（如並聯時）或相乘（如串聯時）。

基本介紹

• 中文名：負載效應
• 外文名：loading effect
• 系統：電路系統
• 原因：電路間的相互影響
• 減輕措施：提高負載的輸入阻抗
• 學科：物理

簡介

負載效應本來是指在電路系統中後級與前級相連時，由於後級阻抗的影響造成系統阻抗發生變化的一種效應。推廣至一般系統，則表示當一個裝置（環節）連線到另一個裝置（環節）時，由於其相互作用和影響，所產生的一種效應。

兩個環節連線，發生能量交換，有兩種現象：兩環節的連線處甚至整個系統的狀態和輸出都將發生變化；兩個環節共同構成一個新的整體，該整體保留兩環節的主要特徵，但與原系統直接串聯或並聯後的特徵不一致。

負載效應產生的後果，有的可以忽略，有的卻是很嚴重的，不能對其掉以輕心。

負載效應的影響

下面以簡單的實例來考察負載效應的影響。如圖所示。為簡單的直流電路，E為供電電源，則電阻R₂的電
壓降為U₀ = R₂·E/（R₁+R₂），為了測得該電壓值，在R₂兩端並聯一個內阻為R_m的電壓表。此時，由於R_m的接入，電壓表測得的電壓實際為R₂和R_m並聯電阻RL = R₂R_m/（R₂+R_m）的輸出電壓，為

直流電路中的負載效應

U=R₂R_m/[R₁(R_m+R₂)+R_mR₂]

顯然，由於接入測量電錶，原電路（被測系統）及被測量（R₂的電壓降）都發生了變化，即U₀≠U，兩者的差值隨著R_m的增大而減小。若E=200 V，R₁=R₂=100 kΩ，當R_m=100 kΩ時，則U₀=100 V，U=67 V，相對誤差達到33.3%；若R_m=1 MΩ，則U=99.95 V，誤差為5%。因此，後接負載阻抗的取值，即負載效應對測量結果的影響有時候是很大的。

再如積體電路晶片溫度雖高，但功耗很小，約幾十毫瓦，相當於一個小功率的熱源。若用一個帶探針的溫度計測其結點溫度，則溫度計會從晶片上吸收熱量稱為晶片的散熱元件。這樣不僅不能正確地測出結點的工作溫度，而且整個電路的工作溫度都會下降。又如，在一個簡單的質量一阻尼系統中，質量塊m上連線個質量為m_f的感測器，致使參與振動的質量塊為m+m_f，從而導致系統同有頻率的下降。

負載效應測量

用於測試因負載變化而引起的輸出電壓的變化量。

1．測量線路連線

測試連線如圖所示。

負載效應測試連線圖

2．測量方法步驟

（1）按上圖所示連線好測試系統。

（2）接通電源，保持輸入電壓和負載為額定值，測出輸出電壓為U₁。

（3）保持輸入電壓為額定值，使負載從額定值變到最小值（由產品規範規定），測出輸出電壓U₂。

（4）使負載從最小值變化到額定值。參照（3）、（4）兩條測出相應的輸出電壓。

（5）使輸入電壓分別為下限值和上限值，重複（3）、（4）、（5）條測試。

（6）按下式來計算負載效應：E=（（U₂-U₁）/U₁）×100%

減輕負載效應的措施

減輕負載效應需要根據具體環節和裝置來具體分析後再採取相應的措施。對於電壓輸出的環節，減輕負載效應的措施如下：

（1）提高后續環節（負載）的輸入阻抗。

（2）在原來兩個相連線的環節中，插入高輸入阻抗、低輸出阻抗的放大器，以減少後一環節從前一環節吸收能力，同時使前一環節能承受後一環節（負載）又能減少電壓輸出變化。

（3）使用反饋或零點測量原理，使後面的環節幾乎不從前面環節吸取能量。如用電位差計測量電壓等。

總之，負載效應是一種必須考慮的現象，因為它影響到測量的實際結果。通過適當選擇測試裝置的各項參數，使之與被測系統阻抗匹配；同時也可採用頻域分析的手段，如傅立葉變換、均方功率譜密度函式等，將這種效應降至最小。

示例

一個處於穩壓工作狀態的電源，其空載輸出電壓為100V，電源最大負載能力為5A， 其空載與加滿載時輸出電壓的變化量如下：

電源負載電流	電源輸出電壓
0A	100V
5A	99.7V

負載效應=∣△Uo∣/Uo =∣U-Uo∣/Uo =∣99.7-100∣/100=0.3%

即電源工作在100V時，其負載效應為0.3%。（注意：在測量負載效應時，應努力使輸入電壓保持在標準值）

以上在敘述源效應和負載效應時，其輸出穩定量都是以穩定電壓來舉例的，事實上電源處於恆流工作狀態時，照理輸出電流是一個穩定量，但事實上當負載發生變化時，輸出電流也會發生一些微小的變化，這種變化就是恆流狀態時的負載效應。