Impedenza di uscita - Output impedance

L' impedenza di uscita di una rete elettrica è la misura dell'opposizione al flusso di corrente (impedenza), sia statica ( resistenza ) che dinamica ( reattanza ), nella rete di carico collegata interna alla sorgente elettrica. L'impedenza di uscita è una misura della propensione della sorgente a diminuire la tensione quando il carico assorbe corrente, la rete sorgente è la parte della rete che trasmette e la rete di carico è la parte della rete che consuma.

Per questo motivo l'impedenza di uscita è talvolta indicata come impedenza della sorgente o impedenza interna .

Il circuito a sinistra dell'insieme centrale di cerchi aperti modella il circuito sorgente, mentre il circuito a destra modella il circuito collegato. Z _S è l'impedenza di uscita vista dal carico e Z _L è l'impedenza di ingresso vista dalla sorgente.

Descrizione

Tutti i dispositivi e le connessioni hanno resistenza e reattanza diversi da zero, quindi nessun dispositivo può essere una fonte perfetta. L'impedenza di uscita viene spesso utilizzata per modellare la risposta della sorgente al flusso di corrente. Una parte dell'impedenza di uscita misurata del dispositivo potrebbe non esistere fisicamente all'interno del dispositivo; alcuni sono artefatti dovuti alle proprietà chimiche, termodinamiche o meccaniche della sorgente. Questa impedenza può essere immaginata come un'impedenza in serie con una sorgente di tensione ideale , o in parallelo con una sorgente di corrente ideale ( vedi : Circuiti in serie e in parallelo ).

Le sorgenti sono modellate come sorgenti ideali (sorgenti di significato ideale che mantengono sempre il valore desiderato) combinate con la loro impedenza di uscita. L'impedenza di uscita è definita come questa impedenza modellata e/o reale in serie con una sorgente di tensione ideale. Matematicamente, le sorgenti di corrente e tensione possono essere convertite tra loro usando il teorema di Thévenin e il teorema di Norton .

Nel caso di un dispositivo non lineare , come un transistor , il termine "impedenza di uscita" si riferisce solitamente all'effetto su un segnale di piccola ampiezza, e varierà con il punto di polarizzazione del transistor, cioè con la corrente continua ( DC) e la tensione applicata al dispositivo.

Misurazione

La resistenza della sorgente di un dispositivo puramente resistivo può essere determinata sperimentalmente caricando il dispositivo in modo crescente fino a quando la tensione ai capi del carico (CA o CC) è metà della tensione a circuito aperto. A questo punto, la resistenza di carico e la resistenza interna sono uguali.

Può essere descritto più accuratamente tenendo traccia delle curve tensione vs corrente per vari carichi e calcolando la resistenza dalla legge di Ohm . (La resistenza interna potrebbe non essere la stessa per diversi tipi di carico o a frequenze diverse, specialmente in dispositivi come le batterie chimiche.)

L'impedenza della sorgente generalizzata per un dispositivo sorgente reattivo (induttivo o capacitivo) è più complicata da determinare e viene solitamente misurata con strumenti specializzati, piuttosto che eseguire molte misurazioni manualmente.

Amplificatori audio

L'impedenza di uscita reale (Z _S ) di un amplificatore di potenza è solitamente inferiore a 0,1 , ma è raramente specificata. Invece è "nascosto" all'interno del parametro del fattore di smorzamento , che è:

${\displaystyle DF={\frac {Z_{\mathrm {L} }}{Z_{\mathrm {S} }}}}$

Risolvendo per Z _S ,

${\displaystyle Z_{\mathrm {S} }={\frac {Z_{\mathrm {L} }}{DF}}}$

fornisce la piccola impedenza della sorgente (impedenza di uscita) dell'amplificatore di potenza. Questo può essere calcolato dalla Z _L dell'altoparlante (tipicamente 2, 4 o 8 ohm) e il dato valore del fattore di smorzamento.

Generalmente nell'audio e nell'hifi , l'impedenza di ingresso dei componenti è più volte (tecnicamente, più di 10) l'impedenza di uscita del dispositivo ad essi collegato. Questo è chiamato ponte di impedenza o ponte di tensione.

In questo caso, Z _L >> Z _S , (in pratica:) DF > 10

In video, RF e altri sistemi, le impedenze di ingressi e uscite sono le stesse. Questo è chiamato adattamento di impedenza o connessione adattata.

In questo caso Z _S = Z _L , DF = 1/1 = 1 .

L'impedenza di uscita effettiva per la maggior parte dei dispositivi non è la stessa dell'impedenza di uscita nominale. Un amplificatore di potenza può avere un'impedenza nominale di 8 ohm, ma l'impedenza di uscita effettiva varia a seconda delle condizioni del circuito. L'impedenza di uscita nominale è l'impedenza in cui l'amplificatore può fornire la sua massima quantità di potenza senza fallire.

batterie

La resistenza interna è un concetto che aiuta a modellare le conseguenze elettriche delle complesse reazioni chimiche all'interno di una batteria . È impossibile misurare direttamente la resistenza interna di una batteria, ma può essere calcolata dai dati di corrente e tensione misurati da un circuito. Quando si applica un carico a una batteria, la resistenza interna può essere calcolata dalle seguenti equazioni:

${\displaystyle {\begin{allineato}R_{B}&=\left({\frac {Vs}{I}}\right)-R_{L}\\&={\frac {V_{S}-V_ {L}}{I}}\end{allineato}}}$

dove

${\displaystyle R_{B}}$ è la resistenza interna della batteria

${\displaystyle V_{S}}$ è la tensione della batteria senza carico?

${\displaystyle V_{L}}$ è la tensione della batteria con un carico

${\displaystyle R_{L}}$ è la resistenza totale del circuito

${\displaystyle io}$ è la corrente totale fornita dalla batteria

La resistenza interna varia con l'età di una batteria, ma per la maggior parte delle batterie commerciali la resistenza interna è dell'ordine di 1 ohm.

Quando c'è una corrente attraverso una cella, la fem misurata è inferiore rispetto a quando non c'è corrente erogata dalla cella. La ragione di ciò è che parte dell'energia disponibile della cella viene utilizzata per guidare le cariche attraverso la cella. Questa energia viene sprecata dalla cosiddetta "resistenza interna" di quella cellula. Questa energia sprecata si presenta come tensione persa. La resistenza interna è r = (E − )/I . ${\displaystyle V_{L}}$

Guarda anche

• Impedenza
• Impedenza di ingresso
• Impedenza nominale
• Fattore di smorzamento
• partitore di tensione
• Modello a piccolo segnale ad effetto precoce
• Resistenza in serie equivalente
• Guadagno di potenza

Riferimenti

• Tocci, Ronald J. (1975). "11". Fondamenti di dispositivi elettronici (2a ed.). Merrill. pp. 243-246. ISBN 978-0-675-08771-1. Estratto il 27 ottobre 2011 .

link esterno

• Calcolo del fattore di smorzamento e dello smorzamento del ponte di impedenza