Теорема о максимальной передаче мощности

Теорема о максимальной передаче мощности - это не столько средство анализа, сколько помощь в проектировании системы. Проще говоря, максимальное количество мощности будет рассеиваться сопротивлением нагрузки, когда это сопротивление нагрузки равно сопротивлению Тевенина / Нортона сети, обеспечивающей питание. Если сопротивление нагрузки ниже или выше сопротивления Тевенина / Нортона исходной сети, ее рассеиваемая мощность будет меньше максимальной.

По сути, это то, к чему стремятся при проектировании радиопередатчиков, где «импеданс» антенны или линии передачи согласован с «импедансом» оконечного усилителя мощности для получения максимальной выходной мощности радиочастоты. Полное сопротивление, полное противодействие переменному и постоянному току, очень похоже на сопротивление и должно быть одинаковым между источником и нагрузкой, чтобы на нагрузку передавалась наибольшая мощность. Слишком высокое сопротивление нагрузки приведет к низкой выходной мощности. Слишком низкий импеданс нагрузки приведет не только к низкой выходной мощности, но и к возможному перегреву усилителя из-за мощности, рассеиваемой на его внутреннем импедансе (Тевенина или Нортона).

Пример максимальной передаваемой мощности

Взяв нашу эквивалентную схему Тевенина, теорема о максимальной передаче мощности говорит нам, что сопротивление нагрузки, приводящее к наибольшему рассеиванию мощности, равно сопротивлению Тевенина (в данном случае 0,8 Ом):

При таком значении сопротивления нагрузки рассеиваемая мощность составит 39,2 Вт:

Если бы мы попробовали более низкое значение сопротивления нагрузки (например, 0,5 Ом вместо 0,8 Ом), наша мощность, рассеиваемая сопротивлением нагрузки, уменьшилась бы:

Рассеиваемая мощность увеличилась как для сопротивления Тевенина, так и для всей цепи, но уменьшилась для нагрузочного резистора. Аналогичным образом, если мы увеличим сопротивление нагрузки (1,1 Ом вместо 0,8 Ом, например), рассеиваемая мощность также будет меньше, чем было при 0,8 Ом точно:

Если вы разрабатываете схему для максимального рассеивания мощности на сопротивлении нагрузки, эта теорема была бы очень полезной. Понизив сеть до напряжения и сопротивления Тевенина (или тока и сопротивления Нортона), вы просто устанавливаете сопротивление нагрузки, равное этому эквиваленту Тевенина или Нортона (или наоборот), чтобы обеспечить максимальное рассеивание мощности на нагрузке. Практические применения этого могут включать в себя проектирование каскада оконечного усилителя радиопередатчика (стремление максимально увеличить мощность, подаваемую на антенну или линию передачи), сетевой инвертор загрузка солнечной батареи или конструкции электромобиля (стремление максимально увеличить мощность, передаваемую приводному двигателю).

Максимальная мощность не означает максимальную эффективность

Теорема о максимальной передаче мощности не учитывает: Максимальная передача мощности не совпадает с максимальной эффективностью. Применение теоремы о максимальной передаче мощности к распределению мощности переменного тока не приведет к максимальной или даже высокой эффективности. Высокая эффективность более важна для распределения электроэнергии переменного тока, что требует относительно низкого импеданса генератора по сравнению с импедансом нагрузки.

Подобно распределению мощности переменного тока, высококачественные аудиоусилители рассчитаны на относительно низкий выходной импеданс и относительно высокий импеданс нагрузки динамика. Соотношение «выходное сопротивление»:«сопротивление нагрузки» известно как коэффициент демпфирования . , обычно в диапазоне от 100 до 1000.

Максимальная передаваемая мощность не совпадает с целью достижения минимального уровня шума. Например, низкоуровневый радиочастотный усилитель между антенной и радиоприемником часто рассчитан на минимально возможный шум. Это часто требует несоответствия входного импеданса усилителя и антенны по сравнению с тем, которое продиктовано теоремой о максимальной передаче мощности.

ОБЗОР:

• Теорема о максимальной передаче мощности утверждает, что максимальное количество мощности будет рассеиваться сопротивлением нагрузки, если оно равно сопротивлению Тевенина или Нортона питающей сети.
• Теорема о максимальной передаче мощности не достичь максимальной эффективности.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

• Рабочий лист теорем Тевенина, Нортона и максимальной мощности