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电工实验台最大功率传输条件测定说明

一、电工实验台,电工实验设备,电工实验装置实验目的
1.  掌握负载获得最大传输功率的条件。
2. 了解电源输出功率与效率的关系。
二、电工实验台,电工实验设备,电工实验装置原理说明
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。
三、电工实验台,电工实验设备,电工实验装置实验设备
序号 名称 型号规格 数量 备注
1 直流电流表 0~200mA 1 实验屏上
2 直流电压表 0~200V 1 实验屏上
3 直流稳压电源 0~30V 1  
4 元件箱   1 MYDG05
四、电工实验台,电工实验设备,电工实验装置实验内容与步骤                                       
1. 按图9-2接线,负载RL取自元件箱SYDG05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10-1(单位:R-Ω,U-V,I-mA,P-W)
US=10V
R01=100Ω
RL   1K
UO      
UL      
I      
PO      
PL      
US=15V
R02=300Ω
RL   1K
UO      
UL      
I      
PO      
PL      
五、预习与思考题

图9-2
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~R
2. 根据实验结果,说明负载获得最大功率的条件是什么?

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