最大功率传输定理在电路设计

从民用配电到电路板,最大功率传输是一个重要的考虑在设计点。无论你是设计一个网络或交流电路功率输出,你需要选择正确的源和负载阻抗转移最大功率整个电路。

随时有人提出了一个定理,大多数人让他们的眼睛呆滞的数学推导开始流动。值得庆幸的是,最大功率传输定理(也称为雅可比法)在电路分析是看似简单,很容易应用于电路设计。

最大功率传输定理是什么?

当设计一个直流线路,尤其是动力输送网络,你需要确保整个电路提供最大功率。实际的权力交付将源电压的函数,输出电阻从电源或直流分量,和电阻的负载。正确的组合的负载电阻和输出电阻,可以确保你的力量获得的最大力量。

根据戴维宁定理,在直流驱动电路可以减少到一个等效电压源和一个电阻。这个输出串联电阻,电阻的负载,将决定达到负载的输出电流,以及权力交付给负载。的力量达到负载可以通过一个简单的应用程序来决定的欧姆定律用手或用电路仿真。一个线路图,包含了戴维南等效负载阻抗是如下图所示:

负载阻抗等效电路和功率损耗

最大功率传输定理指出,权力交付给负载电阻是最大化,当负载电阻等于串联电阻。这可以通过计算功率方程的导数对负载电阻和计算临界点。如果你在上图图功率方程作为负载电阻的函数,您将看到权力交付给负载时最大化负载和系列电阻相等。

权力交付给负载电阻

在这个配置中,戴维南等效和负载电阻分压器,和负载上的电压下降将一半的价值源电压的驱动程序。增加负载电阻增加电压降,但减少的总电流,同时减少负载电阻降低压降,提高总电流。

最大功率传输与交流和数字信号

通常在最大功率传输定理讨论了直流回路而言,它也适用于电路交流信号。而不是使用加载和串联电阻,你考虑负载和系列阻抗在给定频率。当处理一个交流驱动程序或驱动程序输出数字信号,你也要确保最大功率传输电路从源,其次是最大的功率输出到负载。

这需要考虑源和负载的阻抗。如果源和负载,应用欧姆定律的收益率以下方程瞬时功率传输的源和负载的电阻和电抗值:

交流电路的瞬时功率

在这里,一个发现,最大功率传输发生在源和负载阻抗是复杂的相互配合。换句话说,时最大瞬时功率源和负载电阻相等,当源和负载阻抗相等和相反的迹象。

注意电抗负载会产生相移的电流,这将影响瞬时功率。你仍然可以计算平均功率在一个振荡周期以一个积分。注意负载电抗仍然会产生相移在当前,即使最大功率传输条件满足。

最大功率传输定理和输电线路

与交流信号随着高速数字信号,另一个需要考虑的因素。当源和负载之间的导体的长度足够长,沿着跟踪信号的传播延迟可以超过信号上升时间。经验法则是,输电线路的影响时需要考虑传播延迟以及跟踪大于50%的上升/下降时间的直流信号被发送通过跟踪。模拟信号,跟踪将作为输电线路时,传播延迟大于四分之一的交流信号的振荡周期。

当一个AC驱动串联传输线和负载,司机的源阻抗和负载阻抗阻抗匹配的输电线路。通常情况下,输电线路只匹配负载一端沿输电线路防止信号反射回来。这将防止梯状响应电压的输电线路下多次反射和振铃,进而防止无意转换数字集成电路的负载。与交流信号,这是很重要的防止驻波形成的痕迹,这将导致像发射天线的传输线。

当负载与传输线阻抗匹配,匹配源端通常是忽略。记住,源驱动和输电线路形成自己的分压器。如果源阻抗传输线阻抗匹配,然后最大功率将交付给输电线路,但电压将一半的价值驱动电压。

为了驱动电压等于整个输电线路实际的电压下降,司机应该很低的输出阻抗。实际上,源阻抗和传输线阻抗的系列组合会形成自己的戴维南等效电路,和负载阻抗应该匹配结合阻抗值。

最大功率传输和最大的功率效率

在工作时,特别是交流配电模式,高功率效率的目标是重要的低发电机阻抗与负载阻抗比。不幸的是,最大效率不是特别与最大功率传输定理。你仍然需要设计为MPTT效率不能保证最大效率,甚至效率高。

此外,MPTT不能确保低噪音比率。如果你想了解更多噪声地板,我强烈建议阅读了。

应用,如射频放大器正在寻找低噪声,低输出阻抗,和温和的扬声器负载阻抗。当看着最大功率传输定理应用到射频放大器,你常常会发现放大器输入阻抗不匹配,天线使用。

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