因一个复杂的含源一端口网络可以用一个戴维南等效电路(或诺顿等效电路)来替代。下图可看成任何一个复杂的含源一端口网络向负载rl 供电的电路。设uoc和req 为定值,若rl 的值可变,则rl等于何值时,它得到的功率最大,最大功率为多大?下面就这些问题进行讨论。从图中可知,负载rl消耗的功率pl为:
对于给定的uoc和req ,负载功率pl大小由负载rl决定。当rl= 0时,电流il为最大,但因rl= 0 所以pl= 0;而当rl→∞ 时,因il= 0所以pl仍为零,这样,只有当负载rl为某值时,必能获得最大功率,即 pl = plmax。
由高等数学可知,欲使负载rl获得最大功率,只要满足dpl/drl = 0的条件。将负载rl消耗的功率表达式代入得:
令上式为零,得 rl = req,这时负载才能获得最大功率。这也是负载rl获得最大功率的条件。习惯上,把这种工作状态称为负载与电源匹配。在这条件下,负载电阻rl所获得的最大功率值为:
或
归纳以上结果可得结论,用实际电压源向负载rl供电,只有当rl= req时,负载rl才能获得最大功率,其最大功率为:
这个结论称为最大功率传输定理。
例20. 电路如左下图所示,已知us1 = 24v,us2 = 5v,is = 1a,r1 = 3ω,r2 = 4ω,r3 = 6ω。计算:(1)当电阻rl = 12ω时,rl中的电流和功率。(2)设rl可调,则rl为何值时才能获得最大功率,其值为多少?
解:(1)除去负载rl支路,将含源一端口网络化为戴维南等效电路。①求开路电压uoc:电路如右下图所示。利用叠加定理可得:
② 求等效电阻req:令含源一端口网络内所有电源为零,即电压源us1 和us2 处于短路,电流源is处于开路,化为对应的无源一端口网络,得等效电阻req为:
戴维南等效电路如下图所示,计算流过负载rl中的电流及消耗的功率。
(2)计算rl 及plmax 。
根据负载获得最大功率条件可知,当rl= req = 6ω时,负载可获得最大功率。即最大功率为: