adaptación de la impedancia de entrada y salida en un circuito de audio

Question

He buscado en muchos sitios pero no he conseguido una explicación clara y convincente sobre por qué hacemos coincidir la impedancia de entrada y de salida en los circuitos de audio. Por ejemplo: consideremos un simple circuito de audio en el que el micrófono está conectado a un amplificador y luego a un altavoz. En este caso, ¿qué son las impedancias de entrada y salida y por qué es importante o por qué nos preocupamos de igualar las impedancias de entrada y salida? Por favor, aclárenme. Se lo agradezco.

Answer 1

Normalmente no igualar las impedancias en los circuitos de audio. Por ejemplo, la impedancia de salida de un preamplificador de audio suele ser relativamente baja, mientras que la impedancia de entrada de un amplificador de audio suele ser relativamente alta.

La impedancia de salida de un amplificador de potencia de audio suele ser muy baja mientras que la impedancia nominal de un altavoz es del orden de 8 ohmios.

Aunque cualquier EE está probablemente familiarizado con el teorema de la máxima transferencia de potencia, que muestra que la máxima poder se produce cuando la carga es igual (o conjugada) a la impedancia de salida, no no por lo que la impedancia de salida debe coincidir con la carga.

En el primer caso, la impedancia de salida es fija y la carga es la variable. En el segundo caso, la carga es fija y, en ese caso, la máxima transferencia de potencia se produce cuando la impedancia de salida es cero es decir, es no deseable para igualar las impedancias.

Answer 2

Hoy en día, rara vez se hace una correspondencia entre las impedancias de la fuente y la carga, y nunca entre el amplificador y el altavoz, donde se desea la menor impedancia práctica de la fuente (incluido el cable) para mejorar el factor de amortiguación (una medida de la capacidad del amplificador para controlar la posición del altavoz).

Es usado para ser importante, cuando la ganancia era cara, y una mejor adaptación podía eliminar una etapa de amplificación, cuando las etapas de amplificación venían en botellas de vidrio.

Es es sigue siendo importante cuando se conducen señales de audio a largas distancias - cientos de metros y más, cuando hay que empezar a tratar el cable de audio como una línea de transmisión en lugar de una simple conexión.

También sigue siendo importante con señales de muy bajo nivel, donde "cada electrón es sagrado", normalmente en los amplificadores de micrófono. Esto merece una explicación más detallada.

Los micrófonos tienden a caer en los extremos de la impedancia: o bien una impedancia de fuente extremadamente baja, o bien una extremadamente alta, y cada una trae sus propios problemas y soluciones.

Pero primero hay que entender cómo se puede modelar un amplificador en términos de tensión de ruido de entrada y corriente de ruido de entrada, o de resistencia de ruido de entrada y figura de ruido.

La resistencia de ruido es simplemente la tensión de ruido dividida por la corriente de ruido; y la figura de ruido es el exceso de ruido introducido por un amplificador sobre el ruido generado por una resistencia perfecta igual a la resistencia de ruido.

Ahora bien, la figura de ruido es un ideal: si la impedancia de la fuente es igual a la resistencia de ruido, el amplificador añadirá un ruido igual a su figura de ruido.

Sin embargo, si la impedancia de la fuente es mucho mayor, (lo que significa que la corriente de la fuente es menor para la misma potencia de la señal) la corriente de ruido dominará. O si la impedancia de la fuente es mucho más baja, entonces el voltaje de la fuente es mucho más bajo para la misma potencia de la señal, y será inundado por el voltaje de ruido de entrada del amplificador.

En cualquiera de estos casos, si puede transformar la impedancia de la fuente para igualar la impedancia de ruido del amplificador, mejorará el rendimiento general del ruido hasta la NF del propio amplificador.

Y ésta es una de las razones por las que los transformadores de micrófono no han desaparecido del todo.

Un escenario en el que esto se aplica son los amplificadores de tubo de vacío. El concepto no es en absoluto obsoleto; se aplica exactamente lo mismo a los FET. Ahora los amplificadores de tubo de vacío tienden a tener impedancias de entrada muy altas, y eso se traduce en tensiones de ruido bastante altas (¡vete y vuelve cuando hayas calculado el ruido de Johnson para una resistencia de 1 megaohmio!

Si se combinan, se pueden encontrar triodos con cifras de ruido punteras (¡incluso hoy en día!) pero con resistencias de ruido muy elevadas. Así que para conseguir una amplificación de bajo ruido, puede que necesites transformar la impedancia de tu fuente por un factor de 100 o así. La forma más sencilla es con un transformador de relación de voltaje 10:1.

En el interior de un micrófono de condensador, donde la impedancia de la fuente es extremadamente alta, se aplican limitaciones similares. De hecho, algunos micrófonos de condensador nunca han abandonado el tubo; no por pereza, ni por una moda de alta fidelidad, sino simplemente porque es la herramienta adecuada para el trabajo.

Ahora es posible ser un ingeniero de audio profesional durante décadas y no tener que preocuparse por esto. Pero la física básica se sigue aplicando, y todavía hay algunas situaciones en las que es importante. Aunque no tantas como en el diseño de RF.

Answer 3

Obtendrás la máxima transferencia de potencia si la impedancia de carga coincide con la impedancia de la fuente, pero no es crítico. Como puedes ver en el diagrama, incluso con un desajuste de 2-1, obtendrás 8/9 de la potencia. Si se reduce la impedancia de la fuente, aumentará aún más. Remparejar la carga la aumentará aún más. Las variaciones en la impedancia de carga tendrán menos efecto sobre la potencia o/p si la carga está adaptada.

PERO, las etapas de salida son como las fuentes de alimentación. Están hechas para ser cargadas a la carga que están diseñadas para manejar, NO para la máxima transferencia de potencia. Si pones una resistencia de 0,5 en tu fuente de alimentación, obtendrás la máxima potencia posible durante un TIEMPO CORTÍSIMO.