如圖,調整 使其有最大的功率。問在此條件下, 電流源的功率輸出為下列何值?


正確答案。詳細推導:電路含2A↑電流源(左)、R_L(中左)、2Ω(中右)、1A↓電流源(右),頂部串接2Ω電阻。步驟1:對R_L求戴維寧等效。移除R_L,斷路後開路電壓V_Th:節點N(R_L上端)對地,頂部2Ω連接左側與右側節點。設節點N電壓為V_N。左側2A源向上注入2A;右側1A源向下(即從節點抽走1A);頂部2Ω橫跨左節點至右節點。以底部節點為地,左上節點=V_A,右上節點=V_B,R_L接在V_A對地位置(即V_N=V_A)。重新定義:左主節點V_A(2A源正端、R_L上端、頂部2Ω左端),右主節點V_B(1A源正端朝上端、中間2Ω上端、頂部2Ω右端)。KCL at V_A(R_L斷路):2A流入;經頂部2Ω流向V_B電流=(V_A-V_B)/2;無其他支路(R_L斷開)。KCL at V_B:1A流出(1A↓即從V_B抽走1A);(V_A-V_B)/2流入;經中間2Ω流向地=(V_B)/2流出。方程式:節點V_A:2=(V_A-V_B)/2 → V_A-V_B=4…(1);節點V_B:(V_A-V_B)/2 = 1 + V_B/2 → (V_A-V_B)/2 - V_B/2=1 → 4/2 - V_B/2=1 → 2-V_B/2=1 → V_B=2V;由(1):V_A=6V;V_Th=V_A=6V。步驟2:求R_Th(關閉所有獨立源:2A源→斷路,1A源→斷路):從R_L端看入,頂部2Ω左端懸空(2A斷路)、右側2Ω下端接地、頂部2Ω右端接右側2Ω上端。R_Th = 頂部2Ω + 右側2Ω(串聯,因左端懸空) = 2+2=4Ω?重新檢視:2A源斷路後左節點V_A懸空(無其他連接),頂部2Ω左端=V_A懸空,故頂部2Ω無法提供電流路徑。從R_L端(V_A對地)看:僅頂部2Ω串右側2Ω到地,R_Th=(2+2)=4Ω。但左節點V_A只連頂部2Ω(另一端接V_B),V_B再接2Ω到地,故R_Th=2+2=4Ω。最大功率時R_L=R_Th=4Ω,此時I_L=V_Th/(2R_Th)=6/8=0.75A,V_L=V_Th/2=3V。步驟3:求2A源端電壓。原電路中R_L=4Ω,節點V_A與V_B:KCL at V_A:2=(V_A-V_B)/2 + V_A/4;KCL at V_B:(V_A-V_B)/2=1+V_B/2;由節點V_B方程:(V_A-V_B)/2 - V_B/2=1;節點V_A方程:2=(V_A-V_B)/2+V_A/4,設x=V_A-V_B,則V_B方程:x/2-V_B/2=1→x-V_B=2;V_A=x+V_B,代入V_A方程:2=x/2+(x+V_B)/4=x/2+x/4+V_B/4=3x/4+V_B/4;由x=V_B+2代入:2=3(V_B+2)/4+V_B/4=3V_B/4+6/4+V_B/4=V_B+1.5→V_B=0.5V;x=2.5V;V_A=3V。2A電流源端電壓=V_A=3V(正端在上,電流向上為輸出)。功率輸出=2A×3V=6W。
