En electrónica, especialmente audio y grabación de sonido , una conexión de puenteo de alta impedancia , puente de voltaje o simplemente puente es aquella en la que la impedancia de carga es mucho mayor que la impedancia de la fuente. [1] [2] [3] En los casos en los que solo se puede variar la impedancia de carga, maximizar la impedancia de carga sirve para minimizar la corriente consumida por la carga y maximizar la señal de voltaje a través de la carga. Esencialmente, la carga mide el voltaje de la fuente sin afectarlo. En los casos en los que solo se puede variar la impedancia de la fuente, minimizar la impedancia de la fuente maximizará la potencia (y la corriente) entregada a la carga y, como antes, maximiza la señal de voltaje a través de la carga.
Una configuración diferente (no relacionada) es una conexión de adaptación de impedancia en la que la fuente y las impedancias de carga son conjugados iguales o complejos . Tal configuración sirve para prevenir reflejos cuando hay líneas de transmisión involucradas o para maximizar la potencia entregada a la carga dada una impedancia de fuente invariable.
Explicación
Cuando la salida de un dispositivo (que consta de la fuente de voltaje V S y la impedancia de salida Z S en la ilustración) se conecta a la entrada de otro dispositivo (la impedancia de carga Z L en la ilustración), es una conexión puente si la impedancia de entrada ( Z L ) del dispositivo de carga es mucho mayor que (normalmente al menos diez veces) la impedancia de salida ( Z S ) del dispositivo fuente.
Dada una Z S inmutable , se puede maximizar el voltaje a través de Z L haciendo que Z L sea lo más grande posible. Esto también minimiza correspondientemente la corriente extraída del dispositivo fuente. Esto tiene una serie de efectos que incluyen:
- Nivel de señal aumentado (cuando la señal en cuestión está completamente descrita por el voltaje, como suele ser el caso del audio)
- Distorsión reducida debido a que la fuente tiene que generar menos corriente
- Posiblemente una mayor captación de ruido ambiental (dado que la impedancia paralela combinada de Z S y Z L aumenta ligeramente y facilita que el ruido parásito impulse el nodo de señal). (Sin embargo, la impedancia estará dominada por la fuente, que aún es pequeña en una conexión de puente).
Esta situación se encuentra típicamente en conexiones de nivel de línea o micrófono donde el dispositivo fuente (como la salida de línea de un reproductor de audio o la salida de un micrófono) tiene una impedancia de salida fija que no se puede cambiar. En tales casos, el nivel máximo de señal con la mínima distorsión se obtiene con un dispositivo receptor que tiene una impedancia de entrada lo más alta posible (esto también optimiza el ruido ya que minimiza la atenuación).
En los casos de dispositivos con impedancias de salida muy altas, como con una guitarra o un micrófono de alta Z, se puede usar una caja DI para convertir las impedancias de salida altas a una impedancia más baja para no requerir que el dispositivo receptor tenga una escandalosa alta impedancia de entrada y, por lo tanto, sufren inconvenientes como una mayor captación de ruido con tramos largos de cable. En tales casos, la caja DI se coloca cerca del dispositivo fuente (como la guitarra y el micrófono), y los cables largos se conectan a la salida de la caja DI (que generalmente también convierte las señales no balanceadas en señales balanceadas para aumentar aún más el ruido inmunidad).
Dado un inmutable Z L , se puede maximizar tanto el voltaje y la corriente (y por lo tanto, la potencia) en la carga, minimizando Z S . Esto se debe a que la potencia entregada a la carga en el circuito anterior (asumiendo que todas las impedancias son puramente reales) es:
Como puede verse, para maximizar P L , hay que minimizar R S .
Esta situación se encuentra principalmente en la interfaz entre un amplificador de audio y un altavoz. En tales casos, la impedancia del altavoz es fija (un valor típico es 8 Ω ), por lo que para entregar la máxima potencia al altavoz, la impedancia de salida del amplificador debe ser lo más pequeña posible (idealmente cero). Nuevamente, esto es para un caso en el que Z L no se puede cambiar mientras que Z S se puede cambiar libremente. En amplificadores de tubo donde Z S es alto por naturaleza, la entrega de potencia máxima al altavoz (una impedancia mucho más baja) se logra a través de un transformador que iguala la impedancia de salida alta del amplificador de tubo a la impedancia más baja del altavoz.
Maximización de la transferencia de energía dada una impedancia de fuente fija
Un caso relacionado, pero que no ocurre a menudo en audio, es optimizar la potencia entregada a la carga cuando la impedancia de la fuente no se puede cambiar. En tales casos, la entrega de energía se maximiza cuando la impedancia de carga se adapta a la fuente. (Consulte el teorema de transferencia de potencia máxima ). La única aplicación de audio típica donde la entrega de potencia (en oposición a la entrega de voltaje) es importante es la situación mencionada anteriormente de un amplificador que acciona un altavoz. La impedancia de un altavoz es una función de sus diversas características eléctricas y mecánicas, y esta impedancia generalmente adquiere un valor entre 2 y 16 ohmios sin mucho margen de variación. Sin embargo, es relativamente fácil en estos días diseñar un amplificador de audio con cualquier rango de impedancias de salida, incluso hasta casi cero. En una situación hipotética con un amplificador que tiene una impedancia de salida mucho mayor que cero, digamos 8 Ω, entonces es cierto que se entregará la potencia máxima si el altavoz también tiene una impedancia de 8 Ω. Esto supone que el amplificador está modelado por V S y Z S como se muestra arriba, y que el V S entre los dos amplificadores de ejemplo tiene el mismo valor.
La situación de impedancia adaptada se encuentra mucho más en situaciones no relacionadas con el audio, por ejemplo, en el diseño de antenas donde la impedancia en los terminales de la antena adquiere un valor establecido debido a los requisitos de su geometría. En tales casos, en recepción, la impedancia de la etapa del circuito conectada a la antena debe coincidir con la impedancia del terminal de la antena para maximizar la transferencia de potencia. Tales casos surgen con frecuencia en circuitos de RF , donde los efectos de la línea de transmisión también dictan la adaptación de impedancias.
Amplificadores de audio
En las especificaciones de los amplificadores de audio, la impedancia de entrada de los circuitos de amplificadores operacionales modernos (y muchos circuitos antiguos de válvulas de vacío ) es a menudo, naturalmente, mucho más alta que la fuente de señal. Por lo general, también se desea que el valor de la impedancia de salida sea significativamente menor que la impedancia de carga. Cuando se activan transductores (especialmente altavoces), la impedancia de salida a menudo se describe mediante una relación, el factor de amortiguación , DF , que es:
Aquí, la fuente Z es la impedancia de salida del amplificador. Conociendo el DF , se puede calcular fácilmente la fuente Z :
La carga Z es la impedancia de un altavoz, normalmente alrededor de 8Ω nominalmente. La impedancia de salida del amplificador suele ser del mismo orden de magnitud que la impedancia de los cables que lo conectan al altavoz (<0,1 Ω), por lo que DF puede ser bastante alto, llegando a cientos. Si bien los impulsos de voltaje a los altavoces (reduciendo la EMF trasera del altavoz), es decir, los factores de amortiguación altos, generalmente se toman como un buen objetivo de diseño, hay algunos ingenieros que abogan por amplificadores de potencia de bajo nfb con factores de amortiguación más cercanos a la unidad [4] o encuentra que los factores de amortiguación altos tienen poco efecto, [5] como una mera diferencia de 0,35 dB en los resultados de la vida real entre un factor de amortiguación alto (100) y medio (20). [6] Una amortiguación realmente alta requiere una impedancia de fuente negativa para compensar parcialmente la impedancia de la bobina móvil.
enlaces externos
- Coincidencia de impedancia : explica que la adaptación de impedancia del amplificador al altavoz ya no se considera la mejor práctica, porque los amplificadores modernos son "dispositivos de control activo".
- Salida de 8 ohmios y entrada de 150 ohmios: ¿qué es eso? , Sengpiel
- Bruce Bartlett, PREGUNTAS FRECUENTES DE IMPEDANCIA
Referencias
- ^ Eargle, John; Foreman, Chris (1 de enero de 2002). Ingeniería de audio para refuerzo de sonido . Hal Leonard Corporation. ISBN 9780634043550.
En todos los usos modernos, el micrófono busca una impedancia en el rango de 2000 ohmios o más, y esto representa lo que se llama una carga puente , que es efectivamente una carga de circuito abierto para el micrófono.
- ^ Davis, Gary D .; Jones, Ralph (1 de enero de 1989). El manual de refuerzo de sonido . Hal Leonard Corporation. ISBN 9780881889000.
Un circuito donde la impedancia de terminación de entrada es un mínimo de unas 10 veces la impedancia de la fuente de la salida que impulsa esa entrada se dice que es una entrada puente.
- ^ Holman, Tomlinson (12 de noviembre de 2012). Sonido para Cine y Televisión . Taylor y Francis. ISBN 9781136046094.
En el caso de los sistemas puente, decimos que la impedancia de la fuente es baja y las impedancias de carga son altas.
- ^ Pasa, Nelson. "1 Amplificadores de fuente de corriente y controladores sensibles / de rango completo" (PDF) . Consultado el 15 de febrero de 2016 .
- ^ Elliott, Rod (20 de enero de 2010). "Impedancia y cómo afecta a los equipos de audio" . ESP . Consultado el 15 de febrero de 2016 .
- ^ "Factor de amortiguación" . Archivado desde el original el 10 de octubre de 2017 . Consultado el 15 de febrero de 2016 .