Transferul maxim de putere apare când valoarea rezistivă a sarcinii este egală cu cea a rezistenței interne a sursei de tensiune.

În general, această rezistență a sursei sau chiar impedanță, dacă sunt implicate inductoare sau condensatoare, are o valoare fixă ​​în Ohmi.

Totuși, atunci când vom conecta o rezistență de sarcină RL la bornele de ieșire ale sursei de alimentare, impedanța sarcinii va varia de la o stare de circuit deschis la o stare de scurtcircuit care rezultă în faptul că puterea absorbită de sarcină devine dependentă de impedanța sursei reale de energie. Atunci, pentru ca rezistența de sarcină să poată absorbi puterea maximă posibilă, trebuie să fie "egalată" cu impedanța sursei de alimentare și aceasta formează baza transferului maxim de putere.

Teorema transferului maxim de putere este o altă metodă de analiză de circuit, utilă pentru a se asigura că valoarea maximă a puterii va fi disipată în rezistența de sarcină, atunci când valoarea rezistenței de sarcină este exact egală cu rezistența sursei de alimentare. Relația dintre impedanța de sarcină și impedanța internă a sursei de energie va da puterea în sarcină. Considerați circuitul de mai jos.

Circuitul echivalent Thevenin

În circuitul nostru echivalent Thevenin de mai sus, teorema transferului de putere maximă afirmă că "cantitatea maximă de energie va fi disipată în rezistența de sarcină dacă aceasta este egală cu valoarea rezistenței sursei Thevenin sau Norton a rețelei care furnizează energia".

Cu alte cuvinte, rezistența de sarcină care are ca rezultat disiparea maximă a puterii trebuie să fie egală cu valoarea rezistenței sursei echivalente Thevenin, atunci RL = RS, dar dacă rezistența de sarcină este mai mică sau mai mare decât rezistența sursei Thevenin a rețelei, puterea sa disipată va fi mai mică decât maxima.

Ca exemplu, găsiți valoarea rezistenței de sarcină RL, care va oferi transferul maxim de putere în următorul circuit.

Exemplul nr. 1 de transfer maxim de energie

putem completa următorul tabel pentru a determina curentul și puterea în circuit pentru diferite valori ale rezistenței de sarcină:

Folosind datele din tabelul de mai sus, putem trasa un grafic al rezistenței de sarcină RL față de putere P, pentru diferite valori ale rezistenței de sarcină. De asemenea, observați că puterea este zero pentru un circuit deschis (starea de curent zero) și, de asemenea, pentru un scurtcircuit (condiție de tensiune zero).

Graficul puterii funcție de rezistența de sarcină

Din tabelul și graficul de mai sus se poate observa că transferul de putere maximă are loc în sarcină atunci când rezistența de sarcină RL este egală cu valoarea rezistenței sursei RS care este: RS = RL = 25 Ω. Aceasta se numește "condiție potrivită" și, ca regulă generală, puterea maximă este transferată de la un dispozitiv activ, cum ar fi o sursă de alimentare sau o baterie la un dispozitiv extern, atunci când impedanța dispozitivului extern se potrivește exact cu impedanța sursei.

Un bun exemplu de potrivire a impedanței se află între un amplificator audio și un difuzor. Impedanța de ieșire, ZOUT a amplificatorului poate fi dată între 4Ω și 8Ω, în timp ce impedanța nominală de intrare ZIN a difuzorului, poate fi dată numai ca 8Ω.

Atunci, dacă difuzorul de 8Ω este atașat la ieșirea amplificatorului, amplificatorul va vedea difuzorul ca o sarcină de 8Ω. Conectarea a două difuzoare de 8Ω în paralel este echivalentă cu amplificatorul care acționează un difuzor de 4Ω și ambele configurații se încadrează în specificațiile de ieșire ale amplificatorului.

Nepotrivirea impedanței poate duce la pierderi excesive de putere și la disiparea căldurii. Dar cum ai putea potrivi impedanța unui amplificator și un difuzor care au impedanțe foarte diferite? Există transformatoare de potrivire a impedanței difuzoarelor care pot schimba impedanțele de la 4Ω la 8Ω sau la 16Ω pentru a permite potrivirea impedanței a mai multor difuzoare conectate împreună în diferite combinații, cum ar fi sistemele PA (adresare publică).

Transformator de potrivire a impedanței

O aplicație foarte utilă de adaptare a impedanței pentru a asigura transferul maxim de putere între sursă și sarcină este în etajele de ieșire ale circuitelor amplificatoare. Transformatoarele de semnal sunt utilizate pentru a adapta valoarea impedanței mai mare sau mai mică a difuzoarelor cu valoarea impedanței de ieșire a amplificatoarelor pentru a obține o ieșire de putere maximă a sunetului. Aceste transformatoare de semnal audio se numesc "transformatoare de adaptare" și cuplează sarcina la ieșirea amplificatoarelor, după cum se arată mai jos.

Transferul maxim de putere poate fi obținut chiar dacă impedanța de ieșire nu este aceeași cu impedanța de sarcină. Acest lucru poate fi realizat folosind un raport de transformare adecvat pe transformator cu raportul corespunzător al impedanței de sarcină ZLOAD la impedanța de ieșire ZOUT potrivit cu raportul dintre spirele primarului transformatorului și spirele secundarului, astfel că o rezistență pe o parte a transformatorul devine o valoare diferită pe cealaltă. În cazul în care impedanța de sarcină ZLOAD este pur rezistivă și impedanța sursei este pur rezistivă ZOUT, atunci ecuația pentru găsirea transferului maxim de putere este dată de:

unde: NP este numărul de spirei primare și NS numărul de spire secundare pe transformator. Atunci, prin modificarea valorii raportului spirelor transformatoarelor impedanța de ieșire poate fi "adaptată" la impedanța sursei pentru a obține transferul maxim de putere.

Exemplul nr. 2 de transfer maxim de energie

Dacă un difuzor de 8Ω trebuie conectat la un amplificator cu o impedanță de ieșire de 1000Ω, calculați raportul spirelor transformatorului de adaptare necesar pentru a asigura transferul maxim al puterii semnalului audio. Să presupunem că impedanța sursei amplificatorului este Z1, impedanța de sarcină este Z2 cu raportul spirelor dat ca N.

În general, transformatoarele mici utilizate în amplificatoarele audio de putere redusă sunt de obicei considerate ideale, astfel încât orice pierdere poate fi ignorată.

În următorul tutorial despre teoria circuitelor DC, ne vom uita la Transformarea Stea-Triunghi, care ne permite să transformăm circuitele conectate în stea echilibrată în triunghi echivalent și invers.