He buscado en muchos lugares pero no he podido obtener una explicación clara y convincente de por qué igualamos la impedancia de entrada y salida en los circuitos de audio. Por ejemplo: consideremos un circuito de audio simple donde el micrófono está conectado al amplificador y luego a un altavoz. Entonces, ¿cuáles son las impedancias de entrada y salida y por qué es importante o por qué nos preocupamos por hacer coincidir las impedancias de entrada y salida? Por favor iluminame. Lo aprecio!
Por lo general, no hacemos coincidir 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 potencia de audio suele ser relativamente alta.
La impedancia de salida de un amplificador de potencia de audio es generalmente muy baja, mientras que la impedancia nominal de un altavoz es del orden de 8 ohmios.
Si bien es probable que cualquier EE esté familiarizado con el teorema de transferencia de potencia máxima, que muestra que la transferencia máxima de potencia se produce cuando la carga es igual (o está conjugada con) la impedancia de salida, no siga 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 transferencia de potencia máxima se produce cuando la impedancia de salida es cero , es decir, es no deseable para que coincida con las impedancias .
Las impedancias de carga y fuente coincidentes rara vez se realizan en la actualidad; y nunca entre el amplificador y el altavoz, donde desea que la impedancia de fuente práctica más baja (incluido el cable) mejore el factor de amortiguación (una medida de la capacidad del amplificador para controlar la posición del hablante).
usaba para ser importante, cuando la ganancia era costosa, y una mejor combinación podría eliminar una etapa de amplificador, cuando las etapas de amplificador venían en botellas de vidrio.
es aún importante cuando se manejan señales de audio a largas distancias, cientos de metros y más, cuando tienes que comenzar a tratar el cable de audio como una línea de transmisión en lugar de una simple conexión.
También es importante con señales de nivel muy bajo, donde "cada electrón es sagrado", generalmente en amplificadores de micrófono. Esto vale un poco más de explicación.
Los micrófonos tienden a caer en extremos de impedancia: ya sea una impedancia de fuente extremadamente baja, o extremadamente alta, y cada uno trae sus propios problemas y soluciones.
Pero primero debe comprender cómo se puede modelar un amplificador en términos de voltaje de entrada y corriente de ruido de entrada, o de resistencia de ruido de entrada y figura de ruido.
La resistencia al ruido es simplemente la tensión de ruido dividida por la corriente de ruido; y la cifra de ruido es el ruido excesivo introducido por un amplificador sobre el ruido generado por una resistencia perfecta igual a la resistencia al ruido.
Ahora la figura de ruido es ideal: si la impedancia de la fuente es igual a la resistencia de ruido, el amplificador agregará 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 señal), la corriente de ruido dominará. O si la impedancia de la fuente es mucho menor, entonces el voltaje de la fuente es mucho menor para la misma potencia de señal y se verá afectado 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 de ruido a la NF del propio amplificador.
Y esta es una de las razones por las que los transformadores de micrófono no han desaparecido por completo.
Un escenario donde esto se aplica es a los amplificadores de tubo de vacío. El concepto no es en absoluto obsoleto; exactamente lo mismo se aplica a los FET. Ahora, los amplificadores de tubo de vacío tienden a tener impedancias de entrada muy altas, y eso se traduce en voltajes de ruido bastante altos (desaparece y regresa cuando haya resuelto el ruido de Johnson para una resistencia de 1 megohm) pero corrientes de ruido MUY bajo.
Combínelos y encontrará triodos con figuras de ruido de última generación (¡incluso hoy!) pero con resistencias de ruido muy altas. Por lo tanto, para lograr una baja amplificación de ruido, es posible que deba transformar la impedancia de su fuente en un factor de 100 aproximadamente. La forma más sencilla es con un transformador de relación de tensión 10: 1.
Se aplican restricciones similares dentro de un micrófono de condensador, donde la impedancia de la fuente es extremadamente alta. De hecho, algunos micrófonos de condensadores nunca han abandonado el tubo; no por la pereza, no por alguna moda de alta fidelidad, sino porque es la herramienta adecuada para el trabajo.
Ahora es posible ser un ingeniero de audio profesional durante décadas y nunca tener que preocuparse por esto. Pero la física básica todavía se aplica, y todavía hay algunas situaciones donde importa. ¡No tanto como en diseño de RF!
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