10.12: Teorema de Transferencia de Potencia Máxima

Esto es esencialmente lo que se pretende en el diseño del transmisor de radio, donde la “impedancia” de la antena o línea de transmisión se adapta a la “impedancia” final del amplificador de potencia para una salida máxima de potencia de radiofrecuencia. La impedancia, la oposición general a la corriente CA y CC, es muy similar a la resistencia y debe ser igual entre la fuente y la carga para que la mayor cantidad de energía se transfiera a la carga. Una impedancia de carga demasiado alta dará como resultado una baja potencia de salida. Una impedancia de carga demasiado baja no solo dará como resultado una baja potencia de salida, sino posiblemente un sobrecalentamiento del amplificador debido a la potencia disipada en su impedancia interna (Thevenin o Norton).

Ejemplo de transferencia de potencia máxima

Tomando nuestro circuito de ejemplo equivalente a Thevenin, el Teorema de Transferencia de Potencia Máxima nos dice que la resistencia de carga que resulta en la mayor disipación de potencia es igual en valor a la resistencia Thevenin (en este caso, 0.8 Ω):

Con este valor de resistencia de carga, la potencia disipada será de 39.2 vatios:

Si intentáramos un valor menor para la resistencia de carga (0.5 Ω en lugar de 0.8 Ω, por ejemplo), nuestra potencia disipada por la resistencia de carga disminuiría:

La disipación de potencia aumentó tanto para la resistencia Thevenin como para el circuito total, pero disminuyó para la resistencia de carga. De igual manera, si aumentamos la resistencia de carga (1.1 Ω en lugar de 0.8 Ω, por ejemplo), la disipación de potencia también será menor de lo que era a 0.8 Ω exactamente:

Si estuvieras diseñando un circuito para la máxima disipación de potencia a la resistencia de carga, este teorema sería muy útil. Habiendo reducido una red a un voltaje y resistencia Thevenin (o corriente y resistencia Norton), simplemente establece la resistencia de carga igual a esa Thevenin o Norton equivalente (o viceversa) para garantizar la máxima disipación de energía en la carga. Las aplicaciones prácticas de esto podrían incluir el diseño de la etapa del amplificador final del transmisor de radio (que busca maximizar la potencia entregada a la antena o línea de transmisión), un inversor conectado a la red que carga una matriz solar o el diseño de un vehículo eléctrico (buscando maximizar la potencia entregada al motor de accionamiento).

La máxima potencia no significa máxima eficiencia

La transferencia máxima de potencia no coincide con la máxima eficiencia. La aplicación del teorema de la transferencia de potencia máxima a la distribución de energía de CA no dará como resultado una eficiencia máxima o incluso alta. El objetivo de alta eficiencia es más importante para la distribución de energía de CA, que dicta una impedancia del generador relativamente baja en comparación con la impedancia de carga.

Similar a la distribución de energía de CA, los amplificadores de audio de alta fidelidad están diseñados para una impedancia de salida relativamente baja y una impedancia de carga de altavoz relativamente alta. Como relación, “impedancia de salida”: “impedancia de carga” se conoce como factor de amortiguación, típicamente en el rango de 100 a 1000.

La transferencia máxima de potencia no coincide con el objetivo de menor ruido. Por ejemplo, el amplificador de radiofrecuencia de bajo nivel entre la antena y un receptor de radio a menudo está diseñado para el menor ruido posible. Esto a menudo requiere una falta de coincidencia de la impedancia de entrada del amplificador a la antena en comparación con la dictada por el teorema de transferencia de potencia máxima.

Revisar

• El Teorema de Transferencia de Potencia Máxima establece que la cantidad máxima de potencia se disipará por una resistencia de carga si es igual a la resistencia Thevenin o Norton de la red que suministra energía.
• El Teorema de Máxima Transferencia de Potencia no satisface el objetivo de máxima eficiencia.