Le transfert maximal de puissance se produit lorsque la valeur résistive de la charge est égale à celle de la résistance interne des sources de tension, permettant ainsi un maximum de puissance d’être fournie. En général, cette résistance source ou même impédance si des inducteurs ou des condensateurs sont impliqués, a une valeur fixe en Ohms.

Cependant, lorsque nous connectons une résistance de charge, R_L, aux bornes de sortie de la source d’alimentation, l’impédance de la charge variéra d’un état de circuit ouvert à un état de court-circuit, ce qui rendra la puissance absorbée par la charge dépendante de l’impédance de la source d’alimentation réelle. Donc, pour que la résistance de charge puisse absorber la puissance maximale possible, elle doit être “accorder” à l’impédance de la source d’alimentation, ce qui constitue la base du Transfert Maximum de Puissance.

Le Théorème du Transfert Maximum de Puissance est une autre méthode d’analyse de circuit utile pour garantir que la quantité maximale de puissance sera dissipée dans la résistance de charge lorsque la valeur de cette résistance de charge est exactement égale à la résistance de la source d’alimentation. La relation entre l’impédance de charge et l’impédance interne de la source d’énergie donnera la puissance dans la charge. Considérons le circuit ci-dessous.

Circuit Équivalent de Thévenin

Dans notre circuit équivalent de Thévenin ci-dessus, le théorème du transfert maximal de puissance stipule que “la quantité maximale de puissance sera dissipée dans la résistance de charge si elle est égale en valeur à la résistance de la source Thévenin ou Norton du réseau fournissant l’énergie.”

En d’autres termes, la résistance de charge résultant en la plus grande dissipation de puissance doit être égale en valeur à la résistance équivalente de Thévenin, alors R_L = R_S, mais si la résistance de charge est inférieure ou supérieure à la résistance de la source Thévenin du réseau, sa puissance dissipée sera inférieure au maximum.

Par exemple, trouvez la valeur de la résistance de charge, R_L, qui donnera le transfert de puissance maximal dans le circuit suivant.

Exemple de Transfert Maximum de Puissance No1

Où :   RS = 25Ω   RL est variable entre 0 – 100Ω   VS = 100v

Ensuite, en utilisant les équations suivantes de la loi d’Ohm :

Nous pouvons maintenant compléter le tableau suivant pour déterminer le courant et la puissance dans le circuit pour différentes valeurs de résistance de charge.

Tableau du Courant contre la Puissance

En utilisant les données du tableau ci-dessus, nous pouvons tracer un graphique de la résistance de charge, R_L contre la puissance, P pour différentes valeurs de résistance de charge. Remarquez également que la puissance est nulle pour un circuit ouvert (condition de courant nul) et aussi pour un court-circuit (condition de tension nulle).

Graphique de la Puissance contre la Résistance de Charge

Dans le tableau et le graphique ci-dessus, nous pouvons voir que le Transfert Maximum de Puissance se produit dans la charge lorsque la résistance de charge, R_L, est égale en valeur à la résistance source, R_S, à savoir : R_S = R_L = 25Ω. Cela est appelé une “condition appariée” et, en règle générale, la puissance maximale est transférée d’un dispositif actif tel qu’une alimentation ou une batterie à un dispositif externe lorsque l’impédance du dispositif externe correspond exactement à l’impédance de la source.

Un bon exemple d’appariement d’impédance est entre un amplificateur audio et un haut-parleur. L’impédance de sortie, Z_OUT, de l’amplificateur peut être donnée comme étant entre 4Ω et 8Ω, tandis que l’impédance d’entrée nominale, Z_IN, du haut-parleur peut être donnée comme 8Ω seulement.

Ensuite, si le haut-parleur de 8Ω est connecté à la sortie de l’amplificateur, l’amplificateur considérera le haut-parleur comme une charge de 8Ω. Connecter deux haut-parleurs de 8Ω en parallèle équivaut à l’amplificateur entraînant un haut-parleur de 4Ω et les deux configurations sont dans les spécifications de sortie de l’amplificateur.

Un appariement incorrect de l’impédance peut entraîner des pertes de puissance excessives et une dissipation de chaleur. Mais comment pourriez-vous accorder l’impédance d’un amplificateur et d’un haut-parleur ayant des impédances très différentes ? Eh bien, il existe des transformateurs d’appariement d’impedance pour haut-parleur qui peuvent modifier les impédances de 4Ω à 8Ω, ou jusqu’à 16Ω, permettant l’appariement d’impédance de nombreux haut-parleurs connectés ensemble dans diverses combinaisons telles que dans des systèmes de sonorisation (PA).

Transfert Maximum de Puissance d’Appariement d’Impédance

Une application très utile de l’appariement d’impédance afin de fournir un transfert maximal de puissance entre la source et la charge se trouve dans les étages de sortie des circuits amplificateurs. Des transformateurs de signal sont utilisés pour faire correspondre la valeur d’impédance plus haute ou plus basse des haut-parleurs à l’impédance de sortie de l’amplificateur afin d’obtenir une puissance sonore maximale. Ces transformateurs de signal audio sont appelés “transformateurs d’appariement” et couplent la charge à la sortie des amplificateurs comme montré ci-dessous.

Appariement d’Impédance par Transformateur

Le transfert maximum de puissance peut être obtenu même si l’impédance de sortie n’est pas la même que celle de la charge. Cela peut être fait en utilisant un “rapport de transformation” approprié sur le transformateur, le rapport d’impédance de charge Z_LOAD à l’impédance de sortie Z_OUT s’apparentant à celui du rapport entre les enroulements primaires et secondaires du transformateur, car une résistance d’un côté du transformateur devient une valeur différente de l’autre.

Si l’impédance de charge, Z_LOAD, est purement résistive et que l’impédance de la source est également purement résistive, Z_OUT, alors l’équation pour trouver le transfert de puissance maximal est donnée par :

Où : N_P est le nombre d’enroulements primaires et N_S le nombre d’enroulements secondaires sur le transformateur. Alors, en faisant varier la valeur du rapport de transformation du transformateur, l’impédance de sortie peut être “appariée” à l’impédance de source pour atteindre un transfert de puissance maximal. Par exemple,

Exemple de Transfert Maximum de Puissance No2

Si un haut-parleur de 8Ω doit être connecté à un amplificateur avec une impédance de sortie de 1000Ω, calculez le rapport de transformation du transformateur d’appariement nécessaire pour permettre le transfert maximal de puissance du signal audio. Supposez que l’impédance source de l’amplificateur est Z₁, l’impédance de charge est Z₂ avec le rapport de transformation donné comme N.

En général, les petits transformateurs audio à haute fréquence utilisés dans les circuits amplificateurs à faible puissance sont presque toujours considérés comme idéaux pour la simplicité, de sorte que les pertes peuvent être ignorées.

Dans le prochain tutoriel sur la théorie des circuits CC, nous examinerons la transformation étoile delta qui nous permet de convertir des circuits équilibrés connectés en étoile en équivalent delta et vice versa.