Maksimum Güç Transferi

Maksimum Güç Transferi, yükün direnç değeri, maksimum gücün sağlanmasına izin veren voltaj kaynaklarının dahili direncinin değerine eşit olduğunda gerçekleşir.

Genel olarak, indüktörler veya kondansatör söz konusu olduğunda bu kaynak direnci veya hatta empedans, Ohm’da sabit bir değere sahiptir.

Bununla birlikte, güç kaynağının çıkış terminalleri boyunca bir R _L yük direnci bağladığımızda, yükün empedansı, yük tarafından emilen gücün bağımlı hale gelmesiyle sonuçlanan bir açık devre durumundan bir kısa devre durumuna değişecektir. Ardından, yük direncinin mümkün olan maksimum gücü emmesi için güç kaynağının empedansına “Uyumlu” olması gerekir ve bu, Maksimum Güç Transferinin temelini oluşturur.

Maksimum güç transferi teoremi tam güç kaynağı direncine eşit yük direncinin değeri olduğunda gücün maksimum miktarı, yük empedansı ile enerji kaynağının iç empedansı arasındaki ilişki yükteki gücü verecektir. Aşağıdaki devreyi düşünün.

Thevenin Eşdeğer Devresi

Yukarıdaki Thevenin eşdeğer devremizde, maksimum güç transfer teoremi, “ gücü besleyen ağın Thevenin veya Norton kaynak direncine değer olarak eşitse, yük direncinde maksimum güç harcanacağını ” belirtir.

Başka bir deyişle, en büyük güç kaybına neden olan yük direnci, eşdeğer Thevenin kaynak direncine eşit olmalıdır, o zaman R _L  = R _S ancak yük direnci, ağın Thevenin kaynak direncinden daha düşük veya daha yüksek ise, harcanan gücü maksimumdan daha az olacaktır.

Örneğin, aşağıdaki devrede maksimum güç transferini verecek olan yük direnci R _L değerini bulunuz .

Maksimum Güç Transferi Soru Örneği 1

Ardından, aşağıdaki Ohm Yasası denklemlerini kullanarak:

Artık farklı yük direnci değerleri için devredeki akımı ve gücü belirlemek için aşağıdaki tabloyu tamamlayabiliriz.

Güce Karşı Akım Tablosu

Yukarıdaki tablodaki verileri kullanarak, farklı yük direnci değerleri için R _L güce karşı, P yük direnci grafiğini çizebiliriz. Ayrıca, açık devre (sıfır akım durumu) ve ayrıca kısa devre (sıfır voltaj durumu) için gücün sıfır olduğuna dikkat edin.

Yük Direncine Karşı Güç Grafiği

Yukarıdaki tablo ve grafikten , yük direnci, R _L , kaynak direncine eşit olduğunda, yükte Maksimum Güç Transferinin gerçekleştiğini görebiliriz , R _S , yani: R _S  = R _L  = 25Ω . Buna “uyumlu durum” denir ve genel bir kural olarak, harici cihazın empedansı kaynağın empedansıyla tam olarak eşleştiğinde, güç kaynağı veya pil gibi aktif bir cihazdan harici bir cihaza maksimum güç aktarılır.

Empedans uyumuna iyi bir örnek, bir ses yükseltici ile bir hoparlör arasındadır. Amplifikatörün çıkış empedansı, Z _OUT 4Ω ile 8Ω arasında verilebilirken , hoparlörün nominal giriş empedansı, Z _IN sadece 8Ω olarak verilebilir .

Ardından, amplifikatör çıkışına 8Ω hoparlör takılırsa , amplifikatör hoparlörü 8Ω yük olarak görür . İki 8Ω hoparlörü paralel olarak bağlamak, amplifikatörün bir 4Ω hoparlörü sürmesine eşdeğerdir ve her iki konfigürasyon da amplifikatörün çıkış özellikleri dahilindedir.

Uygun olmayan empedans eşleşmesi, aşırı güç kaybına ve ısı dağılımına neden olabilir. Ancak çok farklı empedanslara sahip bir amplifikatör ve hoparlörün empedansını nasıl eşleştirebilirsiniz? Gelen empedanslarından değiştirebilir mevcut hoparlör empedans eşleştirme transformatörler vardır.

Trafo Empedans Eşleştirme

Maksimum ses gücü çıkışı elde etmek için hoparlörlerin daha yüksek veya daha düşük empedans değerini amplifikatörün çıkış empedansıyla eşleştirmek için sinyal transformatörleri kullanılır. Bu ses sinyali transformatörlerine “uyumlu transformatörler” denir ve yükü aşağıda gösterildiği gibi amplifikatör çıkışına bağlar.

Trafo Empedans Eşleştirme

Çıkış empedansı yük empedansı ile aynı olmasa bile maksimum güç aktarımı elde edilebilir. Bu, transformatör üzerinde uygun bir “dönüş oranı” kullanılarak yük empedansının karşılık gelen oranı, Z _YÜK – çıkış empedansı, Z _OUT , transformatörün bir tarafında bir direnç olarak birincil dönüşlerin ikincil dönüşlere oranıyla eşleşir. trafo diğerinde farklı bir değere dönüşür.

Yük empedansı, Z _YÜK tamamen dirençli ve kaynak empedansı tamamen dirençli ise, Z _OUT maksimum güç aktarımını bulmak için denklem şu şekilde verilir:

Burada: N _P , birincil dönüşlerin sayısıdır ve N _S , transformatördeki ikincil dönüşlerin sayısıdır. Ardından, transformatörlerin dönüş oranlarının değeri değiştirilerek, maksimum güç aktarımı elde etmek için çıkış empedansı kaynak empedansıyla “eşleştirilebilir”. Örneğin,

Maksimum Güç Transferi Soru Örneği 2

8Ω hoparlör bir çıkış empedansı ile bir amplifikatöre bağlanacak olan 1000Ω  , ses sinyalinin maksimum güç transferini sağlamak için gerekli olan transformatör eşleme dönüşleri oranını hesaplayın. Amplifikatör kaynak empedansının Z ₁ olduğunu , yük empedansının N olarak verilen dönüş oranı  Z ₂ olduğunu varsayın.

Genel olarak, düşük güçlü amplifikatör devrelerinde kullanılan küçük yüksek frekanslı ses transformatörleri, basitlik için neredeyse her zaman ideal olarak kabul edilir, bu nedenle herhangi bir kayıp göz ardı edilebilir.

DC devre teorisi hakkındaki bir sonraki derste, dengeli yıldız bağlantılı devreleri eşdeğer deltaya ve bunun tersini yapmamıza izin veren Yıldız Delta Dönüşümüne bakacağız.