源网络最大功率传输电路利用给定的电阻、电感和电容搭建最大功率传输实现电路,要求电路最多只能使用两个电阻、一个电容、个电感。输入电阻R1与电感串联后,电容与输出电阻并联,求输出电阻R2的最大传输功率(不是求电容和R2所组成的电路的最大功率),请举例说明
根据最大功率传输定理,当负载电阻等于源电阻的共轭复数时,电路的传输功率最大。因此,我们需要先求出输入电阻R1与电感串联后的等效电阻Z1,以及电容与输出电阻并联后的等效电阻Z2。
假设输入电阻为R1,电感为L,电容为C,输出电阻为R2,则输入电路的等效电阻为:
Z1 = R1 + jωL
其中,ω为角频率。输出电路的等效电阻为:
Z2 = R2 || (1/jωC)
其中,||表示并联。将Z1和Z2串联起来,得到整个电路的等效电阻Z:
Z = Z1 + Z2 = R1 + jωL + R2 || (1/jωC)
为了使传输功率最大,我们需要让负载电阻等于源电阻的共轭复数,即:
R2 = R1
此时,整个电路的等效电阻为:
Z = R1 + jωL + R1 || (1/jωC)
接下来,我们需要求出在R2=R1时,整个电路的传输功率。根据最大功率传输定理,传输功率为:
P = |V|^2 / 4R1
其中,|V|为电路的电压幅值。为了使传输功率最大,我们需要让电路的电压幅值最大。因此,我们需要让整个电路的阻抗Z的实部最大,即:
Re(Z) = R1 + R2
代入R2=R1,得到:
Re(Z) = 2R1
因此,我们需要让输入电阻R1和输出电阻R2的值相等,且电容和电感的参数满足:
ωL = 1/ωC
这样,整个电路的传输功率就可以达到最大值。举个例子,假设输入电阻R1为10Ω,电感L为1mH,电容C为1μF,则输出电阻R2也为10Ω,角频率ω为:
ω = 1 / sqrt(LC) = 1 / sqrt(1mH * 1μF) ≈ 1.59 × 10^3 rad/s
此时,整个电路的等效电阻为:
Z = 10 + j1.59 + 10 || (1/j1.59×10^-3×1×10^-6) ≈ 20 - j0.63
因此,电路的传输功率为:
P = |V|^2 / 4R1 = |V|^2 / 40
为了使传输功率最大,我们需要让电路的电压幅值最大。假设电路的输入电压为10V,则电路的电压幅值为:
|V| = 10 / sqrt(2) ≈ 7.07V
此时,电路的传输功率为:
P = |V|^2 / 40 ≈ 0.125W
因此,在输入电阻R1为10Ω,电感L为1mH,电容C为1μF的情况下,输出电阻R2的最大传输功率为0.125W。
创作工场
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