Dlaczego we wzmacniaczu pożądana jest wysoka impedancja wejściowa i niska impedancja wyjściowa?

Dowiedziałem się, że w idealnym wzmacniaczu pożądana jest wysoka impedancja wejściowa i niska impedancja wyjściowa. Dlaczego dokładnie Jakie są implikacje, że wzmacniacz ma przeciwnie niską impedancję wejściową i wysoką impedancję wyjściową.

Nie do końca rozumiem, jak impedancja wejściowa i wyjściowa.

W rzeczywistości przesłanka twojego pytania jest prawdziwa tylko wtedy, gdy sygnały, którymi jesteś zainteresowany, to napięcia. W takim przypadku, jeśli wzmacniacz nie pobiera prądu przez swoje wejście (ma nieskończoną lub co najmniej bardzo wysoką impedancję wejściową), wówczas podłączenie go do źródła nie wpłynie na napięcie sygnału, niezależnie od impedancji źródła.

Podobnie, gdy podłączasz obciążenie do wyjścia wzmacniacza, jeśli wzmacniacz ma zerową impedancję wyjściową, napięcie sygnału nie zmieni się, niezależnie od prądu pobieranego przez obciążenie.

Te właściwości znacznie ułatwiają analizę zachowania całego systemu.

Jednakże, jeżeli sygnały są Państwo zainteresowani są prądy zamiast napięć, chcesz wzmacniacz mieć impedancję wejściową zera i nieskończoną impedancję wyjściową dla tych samych powodów.

Idealny wzmacniacz nie powinien pobierać żadnego prądu z jego wejścia. Zakładając, że wzmacniacz dwóch wejść prąd prądu w obu sondach wejściowych wynosi zero. Innymi słowy impedancja wejściowa musi być nieskończona!

$A(v_2-v_1)$

W prawdziwym wzmacniaczu impedancja wejściowa musi być tak duża, jak to możliwe, a impedancja wyjściowa musi być tak niska, jak to możliwe!

Uproszczona odpowiedź dotycząca głównie wzmacniaczy audio:

Wzmacniacz audio o niskiej impedancji wyjściowej może dostarczać większe moce do swojego głośnika bardziej efektywnie niż wzmacniacz o wyższej impedancji wyjściowej. W ten sposób przekonasz się, że wzmacniacze audio mają impedancję wyjściową mierzoną w mniej niż 1 omie, aw wielu przypadkach w miliomach.

Z drugiej strony słaby i słaby sygnał z (powiedzmy) mikrofonu nie chce się zmagać z podawaniem swojego sygnału do wzmacniacza o zbyt niskiej impedancji wejściowej - może to potencjalnie (i znacznie) osłabić sygnał i wymagać wyższego poziomu poziomy wzmocnienia w celu kompensacji, zwiększając w ten sposób wychwytywanie hałasu itp.

Jeśli impedancje wzmacniacza mocy audio zostaną odwrócone, jak sugerujesz, potencjalnie wytworzy to sygnał dźwiękowy na głośniku i będzie nieefektywny energetycznie do tego stopnia, że ​​będzie znacznie cieplej w generowaniu równoważnego poziomu dźwięku z głośnika.

Istnieją inne problemy z niskimi impedancjami wejściowymi w związku z tym, że może wystąpić zmiana kształtu odpowiedzi częstotliwościowej niektórych mikrofonów. Dotyczy to również wysokiej impedancji wyjściowej - niuanse elektromechaniczne głośnika mogą powodować, że niektóre sygnały wydają się głośniejsze niż powinny być.

Nawiasem mówiąc, istnieje wiele wzmacniaczy, które mają dość niską impedancję wejściową i są one zwykle w polu RF, gdzie trzeba dopasować impedancje, aby zapobiec odbiciom sygnału.

Bez wątpienia istnieją inne przykłady, za którymi tęskniłem.

Negatywne sprzężenie zwrotne służy do „linearyzacji” wyjścia wzmacniacza. Wzmacniacz jest liniowy, jeśli jego wyjście jest dokładnie wzmocnioną kopią wejścia. Jeśli wzmacniacz nie jest liniowy , sygnał wyjściowy jest zniekształcony. Zniekształcenie liniowe jest jedną ze specyfikacji podanych dla każdego dobrego wzmacniacza audio.

Efektem ubocznym ujemnego sprzężenia zwrotnego jest to, że w typowych konfiguracjach tworzy on wyjście o niskiej impedancji. Bez względu na to, jakie obciążenie przyłożysz na wzmacniacz, napięcie wyjściowe jest takie samo: napięcie wyjściowe jest podawane z powrotem na wejście w celu linearyzacji wzmacniacza, co powoduje, że napięcie wyjściowe jest niewrażliwe na warunki obciążenia.

Zatem: Dobre wzmacniacze używają sprzężenia zwrotnego ujemnego: sprzężenie napięciowe jest powszechne: dobre wzmacniacze zwykle mają niską impedancję wyjściową.

Odpowiedź napięciowa niektórych obciążeń (szczególnie głośników) jest dość nieliniowa i dość wrażliwa na częstotliwość. Z tego powodu niektórzy inżynierowie audio uważają wzmacniacze o wysokiej impedancji wyjściowej, to znaczy wzmacniacze napędzane prądem, za lepsze od wzmacniaczy audio o niskiej impedancji.

Wzmacniacze o wysokiej impedancji niekoniecznie są mniej wydajne w przekazywaniu mocy do głośników (głośniki z natury brzmią lepiej niż głośniki miękkie) i nie są z natury mniej wydajne w przekazywaniu mocy z zasilacza do głośników (w tym energii elektrycznej ilość i tak jest tania), ale obwody wyczuwania prądu zawsze były nieco trudniejsze, nieco droższe i nieco mniej liniowe niż obwody wyczuwania napięcia.

Pożądane jest zminimalizowanie efektu obciążenia, gdy wzmacniacz (napięcie) jest używany do sterowania obwodem lub gdy jest on napędzany przez inny obwód.