图示电路中的电阻R阻值可变,R为下列哪项数值时可获得最大功率?
A 、12Ω
B 、15Ω
C 、10Ω
D 、6Ω
【正确答案:D】
最大功率传输条件是,当负载电阻等于去掉负载后的戴维南等效电路的内阻 Rin时,在负载中可获得最大功率。因此本題实际为求取戴维南等效电路内阻。将图中两个独立电源置零(电流源开路,电压源短路),则:
解:将电阻R从电路中断开。根据KCL,得到各支路电流分布如上图。
KVL:5×(i-2)-5i+10i=20,i=3(A)。
3Ω电阻中无电流、无电压,Uam=0。
Umn=-5×(i-2)=-5×(3-2)=-5(V)。Unb=20V。
Uoc=Uab=Uam+Umn+Unb=0+(-5)+20=15(V)。
将电压源短路、电流源开路。从a、b外加电压U,设流入电流为I。下图:
各支路电流根据KCL得到如上图分布。
KVL:5×(I-i)=-5i+10i,i=0.5I。
KVL:U=3I+5×(I-i)=3I+5×(I-0.5I)=5.5I。所以:Req=Rab=U/I=5.5(Ω)。
最大功率传输定理:R=Req=5.5Ω时,R可以获得最大功率,Pmax=Uoc²/(4R)=15²/(4×5.5)=225/22=10.227(W)。
R=(4/3)欧时,功率最大,最大值=(27/16)W 与电流表并联的电阻被短路,电源电动势E=3V,内电阻为零,可以将电源左边的电阻=2欧看作电源的一部分,然后将与变阻器并联的电阻4欧也看作电源的部分,这样做出的等效电源内阻为2和4欧的并联值=2*4/(2+4)=4/3欧,根据熟知的当内外电阻相等时,外电路上消耗电功率最大这个结论,就有当R=4/3欧时,电功率最大=E^2/4R=...
此题需要采用戴维宁定理。当RL=戴维宁等效电阻时,RL可吸收最大功率。
1、将RL从电路中断开,求戴维宁等效电压。此时,由于RL的断开,受控源、4Ω电阻中无电流流过,电路变化为两个电压源串联后接入两个串联电阻。所以此时电流I1=(12-6)/(8+4)=0.5(A)。尽管受控源、4Ω电阻中没有电流流过,但是受控源两端还存在电压降,4Ω电阻两端无压降,所以此时戴维宁等效电压Uoc=受控源压降+4Ω电阻压降+6V电压源=2×0.5+4×0.5+6=9(V)。
2、求戴维宁等效内阻r。内部电压源失效,即电压源短接。但电路存在受控源,直接采用电阻串并联化简的方法无法求出,所以采用从RL断开处的端口外加一个电压Usc,然后计算出端口流入的Isc,那么r=Usc/Isc。此时,8Ω电阻与4Ω电阻并联,阻值为8/3Ω。因此有4Isc+2I1+8Isc/3=Usc,同时(8Isc/3)/4=I1。化简:4Isc+4Isc/3+8Isc/3=Usc,所以r=Usc/Isc=4+4/3+8/3=8(Ω)。
3、因此,当RL=8Ω时,RL可获得最大功率,最大功率为Pmax=Uoc²/(4RL)=9²/(4×8)=81/32(W)。