¿Cuál es la impedancia de salida de un pin?

Un pin de salida se parece a esto:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Vout es una fuente de voltaje ideal, R es la resistencia de salida de la fuente y C es la capacitancia de salida del pin.

Ignoremos el límite por ahora.
Un pin de salida ideal incluiría solo la fuente de voltaje, pero desafortunadamente no podemos construir fuentes de voltaje con resistencia interna cero, por lo que cuando realmente creas una fuente de voltaje tendrá una resistencia en serie cuyo valor es la "impedancia interna" del fuente. Si su fuente de voltaje se usa para impulsar un pin, entonces esa misma R también se denomina "resistencia de salida de pin", es decir, la resistencia que mide entre la salida y la referencia con todas las fuentes apagadas. La resistencia de salida es un parámetro importante porque limita la resistencia de carga que puede conectar al pin: si tiene alguna resistencia de salida \ $ 1k \ Omega \ $ y desea conducir una carga de \ $ 1 \ Omega \ $ tendrá un mal momento, ya que el voltaje de salida casi no variará debido al divisor de voltaje que está construyendo de facto.

Entonces, ¿de qué se trata esta C? Ese es otro componente parásito, proviene de trazas en la matriz de silicio, capacitancia de los transistores parásitos, etc. El capacitor es importante porque limita la velocidad de su pin, por lo que es un parámetro dynamic , mientras que la resistencia de salida es static . Como puede ver, los componentes RC forman un filtro de paso bajo de primer orden: cuanto más alta es la C, más baja es la frecuencia de esquina \ $ f_C = \ dfrac {1} {2 \ pi RC} \ $, más baja es la velocidad máxima que puede alterna tu pin manteniendo una ola limpia.

Agregué la parte C ya que habla de la impedancia de salida, que debe incluir el capacitor. Lo que se encuentra en las hojas de datos suele ser la resistencia de salida (\ $ \ Omega \ $) y la capacitancia de salida (F) como valores separados.

Simplificado, es solo la resistencia interna de la salida. Un circuito equivalente sería solo una resistencia en serie con el pin de salida de fuente.

Cualquier fuente no ideal tiene alguna resistencia interna (parásita / no deseada) debido a la disposición física de la fuente. En general, debe ser bajo en comparación con la carga, ya que al aumentar la corriente, la caída de tensión en la resistencia interna aumenta y, por lo tanto, la tensión de salida disminuye.

Sigo hablando de resistencia pero me preguntaste sobre la salida impedancia .

Impedancia = resistencia + reactancia

La reactancia es la oposición de un elemento del circuito a un cambio de corriente eléctrica o voltaje, debido a su inductancia o capacitancia. Dado que el comportamiento de salida no es completamente resistivo, hablamos de "impedancia de salida".

Me temo que la respuesta no es tan simple como a uno le gustaría, pero aquí está. Primero ofreceré la respuesta técnica correcta, luego daré una aproximación más comprensible.

En la jerga, como usted sabe, impedancia de salida es una cantidad compleja, en el dominio de la frecuencia; mientras que resistencia de salida es una cantidad real, ya sea constante o variable en el tiempo. No obstante, tanto la impedancia como la resistencia se miden en ohmios y, coloquialmente, las dos palabras se usan a menudo como sinónimos. Tanto para la terminología.

Si \ $ V (t) \ $ y \ $ I (t) \ $ son respectivamente el voltaje en el pin (generalmente como se define con respecto a la tierra GND) y el flujo de corriente out del pin, entonces la resistencia de salida es $$ R (t) = \ frac {dV} {dI} = \ frac {dV / dt} {dI / dt}. $$ Lo más probable en su contexto, impedancia de salida significa lo mismo. Sin embargo, de acuerdo con la definición aceptada formalmente, la impedancia de salida es $$ \ mathbf {Z} (f) = \ frac {\ mathbf {V} (f)} {\ mathbf {I} (f)}, $$ in donde \ $ f \ $ representa la frecuencia y la \ $ \ mathbf {Z} (f) \ $, \ $ \ mathbf {V} (f) \ $ y \ $ \ mathbf {I} (f) \ $ son cantidades complejas en el dominio de la frecuencia.

¿Eso tiene sentido? ¿No? No, estoy de acuerdo: no tiene sentido, a menos que su cerebro haya sido deformado por una licenciatura en ingeniería eléctrica o mecánica. Así que aquí está la versión fácil (que todavía es lo suficientemente dura): Supongamos un pin con una impedancia de salida de 100 ohmios. Supongamos también que este pin suministra 3 miliamperios a cualquier dispositivo que haya conectado al pin. Ahora suponga que su dispositivo comienza a exigir 5 miliamperios a través del pin, un aumento de 2 miliamperios. En este caso, el voltaje en el pin bajará (100 ohmios) (2 miliamperios) = 0.2 voltios.

Si eso es una caída excesiva, si desea que su voltaje permanezca más estable que eso, entonces necesita un chip cuyo pin relevante se caracteriza por una menor impedancia de salida.

¿Eso tiene sentido? ¿Aún no? Entonces aquí está: la impedancia de salida cuantifica la capacidad de un microchip u otra pieza de componentes electrónicos / eléctricos para suministrar corriente eléctrica a pedido. La toma eléctrica en su pared es buena para suministrar corriente y su impedancia de salida es baja. Un clip de papel que tengo en mi mano es deficiente en el suministro de corriente y su impedancia de salida es alta. Si consume más corriente de un microchip, una pieza de electrónica o una toma de corriente eléctrica de la que está diseñada para suministrar, si la sobrecarga, entonces su voltaje debe comenzar a disminuir, en señal de protesta; Al igual que si carga el extremo de una viga en voladizo demasiado pesadamente, si lo sobrecarga, debe flexionarse y su extremo debe comenzar a caer, en protesta por así decirlo. En este sentido, un pasador con baja impedancia de salida es como un haz resistente: se sostiene bajo carga.

Es cierto que hay algo más que esto. Por ejemplo, en un bucle de corriente de instrumentación, la admitancia de salida en su lugar desempeña el rol descrito, lo cual es confuso. Además, los fusibles y los interruptores de circuito a menudo cortan la corriente por completo cuando se exige demasiado, lo que parece que tendría algo que ver con su pregunta, pero en realidad no es así. Pero haremos mucho para seguir adelante y debería darle una idea general del problema.

Permítame comenzar diciendo que un pin de salida (o pin de entrada), solo , no tiene impedancia. Si esto ya estaba claro para usted, entonces sabe que tiene que estar entre dos pines . Da la casualidad de que el otro "pin" es molido. Entonces, cada vez que se menciona la impedancia de un pasador, es comúnmente conocido / entendido que es con respecto a tierra.
Lo que significa la "especificación de impedancia" es simplemente que si tomara una medida de impedancia del pin a tierra, obtendría el valor dado. Sin embargo, como la impedancia depende de la frecuencia utilizada para determinar su valor, también debe especificarse una frecuencia debe . Si no se especifica una frecuencia, entonces se refieren solo a su resistencia y este es el valor que obtiene si conecta un ohmiómetro entre el pin y la tierra.
El diagrama proporcionado por Vladimir es el modelo exacto.