图8-1
图8-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信号U的激励下，UR与UC保持有90o的相位差，即当 R阻值改变时，UR的相量轨迹是一个半园。U、UC与UR三者形成一个直角形的电压三角形，如图8-2所示。R值改变时，可改变φ角的大小，从而达到移相的目的。
图8-2
日光灯线路如图8-3所示，图中 A 是日光灯管，L是镇流器， S是启辉器，C是补偿电容器，用以改善电路的功率因数（cosφ值）。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。
图8-3
三、实验设备
序号 1 2 3 4 5 6 7
四、实验内容
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名称 电源控制屏（调压器、日光灯管） 交流电压表 交流电流表 三相负载 荧光灯、可变电容 起辉器、镇流器、电容、电门插座 功率表 数量 1 1 1 1 1 1 备注 DG01 D36 D35 DG08 DG09 DG09 D34
1. 按图8-1接线。R为220V、15W的白炽灯泡，电容器为4.7μF/450V。 经指导教师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器输出(即U)调至220V。记录U、UR、UC值，验证电压三角形关系。
测 量 值 U（V） UR（V） UC（V） （U′= 计 算 值 U′（与UR，UC组成Rt△） UR?UC22△U = U′－U（V） △ U′/U（%） ） 2.日光灯线路接线与测量。
图8-4
按图8-4接线。经指导教师检查后接通实验台电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止，记下三表的指示值。然后将电压调至220V，测量功率P，电流I，电压U，UL，UA等值，验证电压、电流相量关系。
测 量 值 启辉值 正常工作值 P(W) Cosφ I(A) U(V) UL(V) UA(V) 3.并联电路──电路功率因数的改善。按图8-5组成实验线路。 经指导老师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器的输出调至220V，记录功率表、电压表读数。通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行三次重复测量。数据记入下表中。
图8-5
电容值 测 量 数 值 表8-5 22
(μF) 1 2.2 4.7 P(W) COSφ U(V) I（A） IL(A) IC(A) 五、实验注意事项
1.本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。 2.功率表要正确接入电路。
3.注意选用三相电的其中一相，保证白炽灯开关、日光灯开关、电容开关的正确选择。 4.线路接线正确，日光灯不能启辉时，应先检查启辉器接触是否良好，再检查日光灯保险丝是否完好。
5.请绝对不要将交流电流表短接于电源两端或是直接短路电源。
六、实验报告要求
1.实验报告必须有原始数据记录单，并有详细的原始波形记录。 2.完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。
3.根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图（三组电压三组电流），验证相量形式的基尔霍夫定律。
4.分析实验数据及误差，总结改善电路功率因数的意义和方法。 4.请勿用坐标纸绘图，请保持报告整洁字迹工整。
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实验八 最大功率传输条件的测定
（验证性实验）
一、实验目的
1. 掌握负载获得最大传输功率的条件。 了解电源输出功率与效率的关系。
二、实验原理
电源与负载功率的关系图11-1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： 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。
图11-1
负载获得最大功率的条件
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图
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：
dPdRL?0,即2dPdRL?(R?0?RL)?2RL(RL?R0)U(R0?RL)42?2令(RL?R0)?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：
PMAX?(UR0?RL)RL?(2U2RL)RL?2U24RL
这时，称此电路处于“匹配”工作状态。
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、实验设备
序号 1 3 4 5
四、实验内容
名称 直流电压、电流表 直流稳压电源 实验线路挂箱 可变电阻箱 数量 1 1 1 1 备注 D31-2 DG04 DG05 DG09
图11-2
按图11-2接线，改变负载电阻RL值，分别测出UO、UL及I的值记录表中，表中U0,UL分别为稳压电源的内阻R0和外电阻RL两端的电压值。表中PO，PL分别为稳压电源的内阻R0和外电阻RL的功率值，I为电路的电流。
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RL（Ω） 50 US=10V UO（V） UL（V） 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 R01=100Ω I（mA） PO（W） PL（W） UO（V） US=15V UL（V） R02=300Ω I（mA） PO（W） PL（W） RL（Ω） 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 五、实验注意事项
1.注意实验电路中内阻选择开关的正确选择。 2.实验中避免将稳压电源短路。
六、实验报告要求
1.实验报告必须有原始数据记录单，并有详细的原始波形记录。 2.完成数据表格中的功率的计算。
3.根据实验数据，分别画出两种不同内阻下的功率关系曲线PL=F(RL)。 4.根据实验结果，说明负载获得最大功率的条件。 5.请勿用坐标纸绘图，请保持报告整洁字迹工整。
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