Puente de impedancia

En ingeniería de audio y grabación de sonido , un puente de alta impedancia , puente de voltaje o simplemente conexión de puente es aquella en la que la impedancia de carga es mucho mayor que la impedancia de la fuente. ^[1]^[2]^[3] La carga mide el voltaje de la fuente mientras consume mínimamente corriente o la afecta.

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), estas dos impedancias forman un divisor de voltaje :

V_{L}={\frac {Z_{L}}{Z_{S}+Z_{L}}}V_{S}\,.

Se puede maximizar el nivel de señal V _L utilizando una fuente de voltaje cuya impedancia de salida Z _S sea lo más pequeña posible y utilizando un dispositivo receptor cuya impedancia de entrada Z _L sea lo más grande posible. Cuando (normalmente al menos diez veces), esto se denomina conexión de puente y tiene varios efectos ^[4], entre ellos: $Z_{L}\gg Z_{S}$

Ventajas:
- Reduce la atenuación de 6dB incurrida por la adaptación de impedancia , lo que ayuda a reducir la cantidad de amplificación de compensación requerida ^[5] y a mantener una alta relación señal-ruido . ^[6]^[4] Sin embargo, se puede utilizar un transformador en su lugar para adaptar la impedancia y proporcionar una mejor relación señal-ruido. Y la atenuación de 6dB se puede compensar fácilmente en el amplificador .
- Facilita la conexión de múltiples cargas a la misma fuente. ^[5]
- Reduce la corriente extraída del dispositivo fuente, lo que ayuda a evitar el desperdicio de energía y a reducir la distorsión. Una menor corriente a través del cable también reduce la pérdida resistiva. ^[4]
Desventajas:
- Aumentar Z _L posiblemente aumenta la captación de ruido ambiental ya que la impedancia paralela combinada de Z _S || Z _L (dominada por Z _S ) aumenta ligeramente, lo que hace que sea más fácil que el ruido parásito impulse el nodo de señal.
- Reflexión de la señal a partir del cambio de impedancia. Sin embargo, para las frecuencias de audio , un cuarto de longitud de onda a 20 kHz equivale aproximadamente a 2500 metros, por lo que los circuitos de audio en los estudios nunca se convierten en verdaderas líneas de transmisión . ^[4]

Aplicaciones

Limite la atenuación de la señal de voltaje

El puente de impedancia se utiliza normalmente para evitar la atenuación innecesaria de voltaje y el consumo de corriente en conexiones de nivel de línea o micrófono donde el dispositivo fuente tiene una impedancia de salida inmutable Z _S . Afortunadamente, la impedancia de entrada Z _{L de los circuitos de}amplificadores operacionales modernos (y muchos circuitos de válvulas de vacío antiguos ) suele ser naturalmente mucho más alta que la impedancia de salida de estas fuentes de señal y, por lo tanto, son naturalmente adecuadas para el puente de impedancia al recibir y amplificar estas señales de voltaje. La impedancia de salida inherentemente más baja de los diseños de circuitos modernos facilita el puente de impedancia. ^[4]

En el caso de dispositivos con impedancias de salida muy altas, como una pastilla de guitarra o un micrófono de alta impedancia, una caja DI puede ayudar a realizar puentes de impedancia al convertir las impedancias de salida altas en una impedancia más baja para no requerir que el dispositivo receptor tenga una impedancia de entrada escandalosamente alta (que sufriría inconvenientes como un mayor ruido en tramos de cable largos). La caja DI se coloca cerca del dispositivo fuente, por lo que cualquier cable largo se puede conectar a la salida de la caja DI (que generalmente también convierte señales no balanceadas en señales balanceadas para aumentar aún más la inmunidad al ruido).

Aumentar la eficiencia eléctrica

Como se explica en Teorema de transferencia de potencia máxima § Maximización de la transferencia de potencia versus eficiencia energética , la eficiencia $η$ de entregar potencia a una impedancia de carga puramente resistiva de $R L$ desde una fuente de voltaje con una impedancia de salida puramente resistiva de $R S$ es: Esta eficiencia se puede aumentar utilizando un puente de impedancia, disminuyendo $R$ $S$ y/ o aumentando $R$ $L.$ $\eta ={\frac {1}{1+R_{\mathrm {S} }/R_{\mathrm {L} }}}\,.$

Sin embargo, para transferir la potencia máxima de la fuente a la carga, se debe utilizar la adaptación de impedancia , de acuerdo con el teorema de transferencia de potencia máxima .

Véase también

Referencias

^ Eargle, John; Foreman, Chris (1 de enero de 2002). Ingeniería de audio para refuerzo de sonido. Hal Leonard Corporation. ISBN 9780634043550En todos los usos modernos, el micrófono se ve afectado por una impedancia en el rango de 2000 ohmios o superior, y esto representa lo que se denomina una carga de puente , que es efectivamente una carga de circuito abierto para el micrófono.
^ Davis, Gary D.; Jones, Ralph (1 de enero de 1989). Manual de refuerzo de sonido. Hal Leonard Corporation. ISBN 9780881889000Un circuito en el que la impedancia de terminación de entrada es un mínimo de unas 10 veces la impedancia de la fuente de la salida que activa esa entrada se denomina entrada de puente.
^ Holman, Tomlinson (12 de noviembre de 2012). Sonido para cine y televisión. Taylor & Francis. ISBN 9781136046094En el caso de los sistemas puente, decimos que la impedancia de la fuente es baja y las impedancias de carga son altas .
^ abcde Hess, Richard (1980). "Transmisión de voltaje para sistemas de audio". www.richardhess.com . Archivado desde el original el 20 de febrero de 2020 . Consultado el 16 de junio de 2022 .
^ de Duncan, Ben (1 de abril de 1985). "Interfacing The Line". Home & Studio Recording (abril de 1985): 56–58. Archivado desde el original el 14 de junio de 2021.
^ Duncan, Ben (1 de agosto de 1984). "Mating Microphones". Home & Studio Recording (agosto de 1984): 46–47. Archivado desde el original el 18 de septiembre de 2020.