최대 전력 전달
해당 부하 저항 값이 공급 네트워크의 등가 저항과 같을 때 최대 전력이 전송됩니다.
최대 전력 전송은 부하의 저항 값이 전압 소스 내부 저항의 값과 동일하여 최대 전력이 공급될 때 발생합니다. 일반적으로 이 소스 저항은 물론 인덕터나 커패시터가 포함된 경우 임피던스도 옴 단위로 고정된 값입니다.
그러나 전원의 출력 단자에 부하 저항 R L을 연결하면 부하의 임피던스가 개방 회로 상태에서 단락 상태로 변하여 부하에 의해 흡수되는 전력이 종속 상태가 됩니다. 실제 전원의 임피던스에 대해. 그런 다음 부하 저항이 가능한 최대 전력을 흡수하려면 전원의 임피던스와 "일치"해야 하며 이것이 최대 전력 전송 의 기초를 형성합니다 .
최대 전력 전달 정리는 부하 저항 값이 전원 저항과 정확히 같을 때 부하 저항에서 최대 전력량이 소실되는지 확인하는 또 다른 유용한 회로 분석 방법입니다. 부하 임피던스와 에너지원의 내부 임피던스 사이의 관계는 부하에 전력을 제공합니다. 아래 회로를 고려하십시오.
테브난 등가 회로
위의 Thevenin 등가 회로에서 최대 전력 전달 정리는 " 전력을 공급하는 네트워크의 Thevenin 또는 Norton 소스 저항과 값이 동일한 경우 부하 저항에서 최대 전력량이 소실됩니다 "라고 명시합니다.
즉, 가장 큰 전력 손실을 초래하는 부하 저항은 등가 테브낭 소스 저항과 값이 같아야 하며, R L = R S 그러나 부하 저항이 네트워크의 테브낭 소스 저항보다 값이 낮거나 높으면, 소산되는 전력은 최대치보다 작습니다.
예를 들어, 다음 회로에서 최대 전력 전달을 제공하는 부하 저항 R L 의 값을 찾으십시오 .
최대 전력 전달 예시 No1
| 여기서: R S = 25Ω R L 은 0 – 100Ω 사이에서 가변적입니다. V S = 100v |
그런 다음 다음 옴의 법칙 방정식을 사용합니다.
이제 다음 표를 완성하여 다양한 부하 저항 값에 대한 회로의 전류 및 전력을 확인할 수 있습니다.
전류 대비 전력 표
위 표의 데이터를 사용하여 부하 저항, 전력 대비 R L , 다양한 부하 저항 값에 대한 P 그래프를 그릴 수 있습니다. 또한 개방 회로(제로 전류 조건) 및 단락(제로 전압 조건)의 경우 전력이 0이라는 점에 유의하십시오.
부하 저항에 대한 전력 그래프
위의 표와 그래프에서 부하 저항 R L 이 소스 저항 R S 와 값이 같을 때 부하에서 최대 전력 전송이 발생한다는 것을 알 수 있습니다 . 즉, R S = R L = 25Ω 입니다 . 이를 "정합 조건"이라고 하며, 일반적으로 외부 장치의 임피던스가 소스의 임피던스와 정확하게 일치할 때 전원 공급 장치나 배터리와 같은 능동 장치에서 외부 장치로 최대 전력이 전달됩니다.
임피던스 매칭의 한 가지 좋은 예는 오디오 증폭기와 스피커 사이입니다. 증폭기의 출력 임피던스 Z OUT 은 4Ω 과 8Ω 사이로 주어질 수 있는 반면, 확성기의 공칭 입력 임피던스 Z IN 은 8Ω 으로만 주어질 수 있습니다 .
그런 다음 8Ω 스피커가 증폭기 출력에 연결되면 증폭기는 스피커를 8Ω 부하로 인식합니다. 8Ω 스피커 2개를 병렬로 연결하는 것은 4Ω 스피커 1개를 구동하는 앰프와 동일하며 두 구성 모두 앰프의 출력 사양 내에 있습니다.
부적절한 임피던스 매칭은 과도한 전력 손실과 열 방출을 초래할 수 있습니다. 그러나 임피던스가 매우 다른 앰프와 스피커를 어떻게 임피던스 매칭할 수 있습니까? 음, 임피던스를 4Ω 에서 8Ω 으로 변경 하거나 PA(전관 방송) 시스템과 같이 다양한 조합으로 함께 연결된 많은 스피커의 임피던스 매칭을 허용하기 위해 16Ω 으로 변경할 수 있는 스피커 임피던스 매칭 변압기가 있습니다 .
임피던스 매칭의 최대 전력 전달
소스와 부하 사이의 최대 전력 전달을 제공하기 위해 임피던스 매칭을 매우 유용하게 적용하는 방법 중 하나가 증폭기 회로의 출력단입니다. 신호 변환기는 라우드스피커의 더 높거나 낮은 임피던스 값을 증폭기 출력 임피던스에 일치시켜 최대 사운드 전력 출력을 얻는 데 사용됩니다. 이러한 오디오 신호 변환기를 "정합 변환기"라고 하며 아래와 같이 부하를 증폭기 출력에 연결합니다.
변압기 임피던스 매칭
출력 임피던스가 부하 임피던스와 동일하지 않더라도 최대 전력 전달을 얻을 수 있습니다. 이는 부하 임피던스의 해당 비율인 Z LOAD 대 출력 임피던스, Z OUT이 변압기의 한 쪽 저항인 1차 권선 대 2차 권선 비율과 일치하는 변압기의 적절한 "권선비"를 사용하여 수행할 수 있습니다. 변압기는 다른 쪽에서는 다른 값이 됩니다.
부하 임피던스 Z LOAD 가 순수 저항성이고 소스 임피던스가 순수 저항성 Z OUT 인 경우 최대 전력 전송을 찾는 방정식은 다음과 같습니다.
여기서 N P 는 1차 권선 수이고 N S 는 변압기의 2차 권선 수입니다. 그런 다음 변압기 권선비 값을 변경하여 출력 임피던스를 소스 임피던스에 "일치"하여 최대 전력 전송을 달성할 수 있습니다. 예를 들어,
최대 전력 전달 예시 No2
8Ω 확성기가 출력 임피던스가 1000Ω 인 증폭기에 연결되는 경우 오디오 신호의 최대 전력 전달을 제공하는 데 필요한 일치 변압기의 권선비를 계산하십시오. 증폭기 소스 임피던스가 Z 1 이고 부하 임피던스가 Z 2 이며 권선비가 N 으로 주어진다고 가정합니다 .
일반적으로 저전력 증폭기 회로에 사용되는 소형 고주파 오디오 변압기는 거의 항상 단순성에 이상적인 것으로 간주되므로 손실은 무시할 수 있습니다.