Puente de impedancia

En ingeniería de audio y grabación de sonido , una conexión de puente 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]} La carga mide el voltaje de la fuente mientras consume corriente mínimamente 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 :

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

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

• Ventajas:
  • Reduce la atenuación de 6 dB incurrida por la adaptación de impedancia , lo que ayuda a reducir la cantidad de amplificación de maquillaje requerida ^[5] y a mantener una alta relación señal-ruido . ^{[6] [4]} Sin embargo, se puede utilizar un transformador para igualar la impedancia y proporcionar una mejor relación señal-ruido. Y la atenuación de 6 dB 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 ayuda a reducir la distorsión. Menos corriente a través del cable también reduce la pérdida resistiva. ^[4]
• Desventajas:
  • El aumento de Z _L posiblemente aumenta la captación de ruido ambiental ya que la impedancia paralela combinada de Z _S || Z _L (dominado por Z _S ) aumenta ligeramente, lo que facilita que el ruido parásito impulse el nodo de señal.
  • Reflexión de la señal por el 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

Limitar la atenuación de la señal de voltaje.

El puente de impedancia se utiliza normalmente para evitar atenuaciones innecesarias de voltaje y consumo de corriente en conexiones de línea o de nivel de micrófono donde el dispositivo fuente tiene una impedancia de salida Z _S inmutable . Afortunadamente, la impedancia de entrada Z _{L de los circuitos} de amplificador operacional modernos (y de 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 adecuados para puentear impedancia al recibir y amplificar estas señales de voltaje. . La impedancia de salida inherentemente más baja de los diseños de circuitos modernos facilita el puenteo de impedancia. ^[4]

Para dispositivos con impedancias de salida muy altas, como una pastilla de guitarra o un micrófono de alta Z, una caja DI puede ayudar con el puente de impedancia al convertir las impedancias de salida altas en una impedancia más baja para no requerir que el dispositivo receptor tenga impedancias escandalosas. alta impedancia de entrada (que sufriría inconvenientes como un mayor ruido en tramos de cable largos). La caja DI se coloca cerca del dispositivo fuente, por lo que se pueden conectar cables largos 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

La curva roja muestra la potencia en la carga, normalizada respecto a su máximo posible (lo que ocurre cuando R _L == R _S ). La curva negra muestra la eficiencia de transferencia de potencia η , que asintóticamente se acerca al máximo del 100% a medida que aumenta la relación. ${\displaystyle R_{\mathrm {L} }/R_{\mathrm {S} }}$

Como se explica en Teorema de transferencia de potencia máxima § Maximización de la transferencia de potencia versus eficiencia energética , la eficiencia η de entregar energía a una impedancia de carga puramente inquieta de R _L desde una fuente de voltaje con una impedancia de salida puramente inquieta de R _S es:

$${\displaystyle \eta ={\frac {1}{1+R_{\mathrm {S} }/R_{\mathrm {L} }}}\,.}$$

eficienciaR _SR _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 .

Ver también

• Factor de amortiguamiento
• Coincidencia de impedancia

Referencias

1. Oregle, John; Capataz, Chris (1 de enero de 2002). Ingeniería de Audio para el Refuerzo Sonoro. Corporación Hal Leonard. ISBN 9780634043550. En todo uso moderno, 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.
2. Davis, Gary D.; Jones, Ralph (1 de enero de 1989). El manual de refuerzo de sonido. Corporación Hal Leonard. 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 controla esa entrada se dice que es una entrada puente.
3. Holman, Tomlinson (12 de noviembre de 2012). Sonido para Cine y Televisión. Taylor y Francisco. ISBN 9781136046094. En el caso de los sistemas de puente, decimos que la impedancia de la fuente es baja y las impedancias de la carga son altas.
4. Hess, Richard (1980). "Transmisión de voltaje para sistemas de audio". www.richardhess.com . Archivado desde el original el 2020-02-20 . Consultado el 16 de junio de 2022 .
5. Duncan, Ben (1 de abril de 1985). "Interfaz de la línea". Grabación en casa y en estudio (abril de 1985): 56–58. Archivado desde el original el 14 de junio de 2021.
6. Duncan, Ben (1 de agosto de 1984). "Micrófonos acoplados". Grabación en casa y en estudio (agosto de 1984): 46–47. Archivado desde el original el 18 de septiembre de 2020.