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实验10最大功率传输条件测定实验十 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、 了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10-1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： IUR0+URLP=I2RL=(U)2RL，R0+RL图 10-1 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： (R0+RL)2-2RL(RL+R0)UdPdP=0,即=dRLdRL(R0+RL)4令(RL+R0)2-2RL(RL+R0)=0，解得:RL=R0当满足RL=R0时，负载从电源获得的最大功率为： 2PMAXUU2U22=RL=RL=R0+RL2RL4RL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，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、实验设备 序号 名称 型号规格 数量 备注 1 2 3 4 5 直流电流表 直流电压表 直流稳压电源 实验箱 元件箱 0500mA 0300V 030V HE-11 HE-19 1 1 1 1 1 四、实验内容与步骤 1、利用相关器件及屏上的电流插座， 参照图10-2接线。图中的电源US接直流 稳压电源，负载RL取自元件箱HE-19的 电阻箱。 2、 开启稳压电源开关，调节其输出 电压为10V，之后关闭该电源，通过导线 将其输出端接至实验线路US两端。 3、设置R0=100，开启稳压电源， 图 10-2 用直流电压表按下表中的内容进行测量，即令RL在01K范围内变化时，分别测出UO、 UL及I的值，并填入表10-1中。表中UO、PO(=UO×I)分别为稳压电源的输出电压和功率， UL、PL(=UL×I)分别为RL二端的电压和功率，I为电路的电流。 表10-1 US=10V R01=100 RL UO UL I PO PL US=15V R02=300 RL UO UL I PO PL 五、实验注意事项 1）、实验前要了解智能电压电流表的使用与操作方法。 2）、在最大功率附近处可多测几点。 六、预习与思考题 1K 1K I+USRo+-mA-+RL-+UlV-¥ ¥ 4、改变内阻值为R0=300，输出电压US=15V，重复上述测量。 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？ 七、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： IRL，UORL，ULRL，PORL，PLRL 2、根据实验结果，说明负载获得最大功率的条件是什么？