实验九最大功率传输条件测定.DOC

实验九 最大功率传输条件测定 一、实验目的 1. 掌握负载获得最大传输功率的条件。 2. 解电源输出功率与效率的关系。 二、原理说明 1. 电源与负载功率的关系 图9-1可视为由一个电源向负载输送电能的模型，R0 可视为电源内阻和传输线路电阻的总和，RL为可变负载电阻。 负载RL上消耗的功率P可由下式表示： 图9-1 当RL=0或RL=∞ 时，电源输送给负载的功率均为零。而以不同的RL值代入上式可求得不同的P值，其中必有一个RL值，使负载能从电源处获得最大的功率。 2. 负载获得最大功率的条件 根据数学求最大值的方法，令负载功率表达式中的RL为自变量，P为应变量，并使 dP/dRL=0，即可求得最大功率传输的条件： 当满足RL=R0时，负载从电源获得的最大功率为： 这时，称此电路处于“匹配”工作状态。 3. 匹配电路的特点及应用 在电路处于“匹配”状态时，电源本身要消耗一半的功率。此时电源的效率只有50%。显然，这对电力系统的能量传输过程是绝对不允许的。发电机的内阻是很小的，电路传输的最主要指标是要高效率送电，最好是100%的功率均传送给负载。为此负载电阻应远大于电源的内阻，即不允许运行在匹配状态。而在电子技术领域里却完全不同。一般的信号源本身功率较小，且都有较大的内阻。而负载电阻（如扬声器等）往往是较小的定值，且希望能从电源获得最大的功率输出，而电源的效率往往不予考虑。通常设法改变负载电阻，或者在信号源与负载之间加阻抗变换器（如音频功放的输出级与扬声器之间的输出变压器），使电路处于工作匹配状态，以使负载能获得最大的输出功率。 序号 名称 型号规格 数量 备注 1 直流电流表 0～200mA 1 2 直流电压表 0～200V 1 3 直流稳压电源 0～30V 1 4 实验线路 1 5 元件箱 1 DGJ-05 三、实验设备 (见右表) 四、实验内容与步骤 1. 按图9-2接线，负载RL取自元件箱DGJ-05的电阻箱。 2. 按表9-1所列内容，令RL在0~1K范围内变化时，分别测出UO、UL及I的值，表中UO，PO分别为稳压电源的输出电压和功率，UL、PL分别为RL二端的电压和功率，I为电路的电流。在PL最大值附近应多测几点。 表9-1（单位：R－Ω，U－V，I－mA，P－W） US=6V R0=51Ω RL 1K UO UL I PO PL US=12V R0=200Ω RL 1K UO UL I PO PL 五、预习与思考题 1. 电力系统进行电能传输时为什么不能工作 在匹配工作状态？ 2. 实际应用中，电源的内阻是否随负载而变？ 3. 电源电压的变化对最大功率传输的条件有 无影响？ 六、实验报告 1. 整理实验数据，分别画出两种不同内阻下 的下列各关系曲线： I~RL，UO~RL，UL~RL，PO~RL，PL~RL 图9-2 2. 根据实验结果，说明负载获得最大功率的条件是什么? 图 9-1