1、实验十一 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 1 可视为由一个电源向负载输送电能的模型，R 0可视为电源内阻和传输线路电阻的总和，R L 为可变负载电阻。负载 RL 上消耗的功率 P 可由下式表示： 图 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/dR
2、L=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
3、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、实验内容与步骤 1. 按图 2 接线，负载 RL 取电阻箱。2. 按表 1 所列内容，令 RL 在 01K 范围内变化时，分别测出 UO、U L 及 I 的值，表中 UO，P O 分别为稳压电源的输出电压和功率，U L、P L 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。，LRUIP202)(002 24020:)()( )(,RUdPd LL， 解 得令 即LLLMAXUP4)2()(
4、 20UR0 URL+ +I表 9（单位：R，UV，ImA，P W ）RL 1K UOULIPOUS=6VR0=500PLRL 1K UOULIPOUS=12VR0=200PL四、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？五、实验报告1. 整理实验数据，并分析下列关系曲线：IRL，U ORL，U LRL，P ORL，P LRL 图 22. 根据实验结果，说明负载获得最大功率的条件是什么?+-UsRI+-U RmA-+V-+OLl测量数据举例：RL 0.00 100.00 2
5、00.00 300.00 400.00 450.00 500.00 550.00 600.00 700.00 800.00 900.00 1000.00 U0(V) 6.00 5.00 4.29 3.75 3.33 3.16 3.00 2.86 2.73 2.50 2.31 2.14 2.00 UL(V) 0.00 1.00 1.71 2.25 2.67 2.84 3.00 3.14 3.27 3.50 3.69 3.86 4.00 I(mA) 12.00 10.00 8.57 7.50 6.67 6.32 6.00 5.72 5.45 5.00 4.62 4.29 4.00 P0(mW) 72.00 50.00 36.74 28.13 22.22 19.95 18.00 16.33 14.87 12.50 10.66 9.18 8.00 PL(mW) 0.00 10.00 14.69 16.88 17.78 17.95 18.00 17.96 17.85 17.50 17.05 16.53 16.00
