Acoplamiento de impedancias

[Torombolo]

Hola, gente.
Sé muy poco de electrónica, por eso necesito entender los siguiente: ¿Por qué es importante que la salida de un circuito sea de baja impedancia y la entrada de alta? ¿Cómo se realiza el acoplamiento de impedancias y para qué sirve? Me dijeron (y me gustaria que me lo confirmasen) que en circuitos de sonido, la razón por la cual no se puede conectar salidas Mic a entradas Line y viceversa, no se debe a los niveles de voltaje sino al acoplamiento de impedancias ¿por qué?
Gracias por la ayuda.

[Modulay]

La principal razón que obliga a mantener las relaciones de impedancias entre etapas de entrada y salida es la implicación que dicha relación tiene en  la cantidad de potencia transferida de un sistema al otro.

Cuando conectas una etapa de salida a una etapa de entrada,la impedancia de salida del uno está conectada en serie a la impedancia de entrada del otro,por lo que se forma un divisor de tensión.Esto provoca que parte de la señal generada por la etapa de salida caerá en su propia impedancia,por lo que a la siguiente etapa no llega el 100% de la señal original,sino que se ésta va atenuada debido a la presencia del susodicho divisor de tensión.Y dicho efecto de atenuación,como supondrás,no interesa que ocurra.

La expresión que determina cómo de atenuada se verá la señal tras pasar por el divisor de tensión es algo así:

Señal_resultante = Señal_original * Zin / (Zin + Zout)

Por lo que se deduce que,cuanto mayor sea la Zout (impedancia de salida de la etapa de salida) en mayor medida se verá atenuada la señal.
Más concretamente,es el cociente Zin / (Zin + ZOUT) el que debe tener un valor (ideal) cercano a 1,o lo que es lo mismo,que Zin (impedancia de entrada de la etapa de entrada) sea de valor mucho mayor que Zout:

Señal_resultante = Señal_original * 1 = Señal_original

De la expresión también se deduce que es imposible conseguir que esto ocurra...siempre habrá atenuación,por pequeña que sea,pero precisamente eso es lo que se busca,que la atenuación sea lo más pequeña posible.

De ahí que la impedancia de salida de cualquier sistema deba ser de bajo valor,y la de entrada deba ser alta.

No obstante,hay otros efectos secundarios derivados de una mala gestión de las impedancias,como pueden ser los niveles de distorsión....es algo que en audio analógico está a la orden del día y ya depende de cada sistema concreto.

Un micrófono de estudio (de condensador por ejemplo) tiene una impedancia de salida por lo general baja (50-300 ohm),y una entrada de línea ronda los 10k.El acoplamiento de impedancias puede resultar bueno,hay bastante diferencia a favor de la Zin...pero un micrófono genera una señal muy débil que necesita ser amplificada para alcanzar el nivel de línea (1Vp).Es por esto que los micrófonos deben pasar antes por un preamplificador,que puede rondar una impedancia de entada de unos 2k,para que adecue el nivel de la señal y pueda atacar una entrada de línea.

[Torombolo]

Gracias, Modulay. Lo entendí bastante bien.
Valeu!

[PalitroqueZ]

magnífica explicación Modulay 

PD: un tema relacionado

[jfh900]

La principal razón que obliga a mantener las relaciones de impedancias entre etapas de entrada y salida es la implicación que dicha relación tiene en  la cantidad de potencia transferida de un sistema al otro.

De ahí que la impedancia de salida de cualquier sistema deba ser de bajo valor,y la de entrada deba ser alta.

Siento discrepar contigo Modulay, según el teorema de máxima transferencia de energía, la máxima transmisión de energía entre dos circuitos se produce cuando sus impedancias son iguales. Lo que tu estas diciendo es que se transfiere máxima tensión, pero la intensidad habrá decrecido en la misma proporción por lo que la potencia transferida es mínima.

Por consiguiente en todos los circuitos acoplados, lo que se procura es adaptar las impedancias de los dos circuitos (impedancias iguales).

Un saludo

[electronando]

Disculpame que ahora discrepe contigo jfh900 pero modulay esta en lo cierto sibien , estas poniendo como base una teoria para maxima transferencia de energia no maxima tranasferencia de voltaje ten en cuenta eso son dos cosas muy diferentes , por eso inventaron los opam tienen alta impedancia en la entrada porque? pues asumiendo lo explicado por modulay requiero que la mayor cantidad de voltaje o señal ingrese y lo de baja impedancia de salida pues deseo que la mayor cantidad de voltaje salga y lo de la corriente pues ni me preocupo le coloco una etapa de potencia mas y voala , lo otro es para cuestiones de energia transmitida solamente. 

[Modulay]

Tienes razón en lo que expones Jesús,pero yo no he mencionado el teorema de la máxima transferencia de potencia.Si relees el primer párrafo verás que,aunque quizá me haya faltado ser un pelín más explícito para evitar malentendidos,no he dicho ninguna barbaridad.
En sistemas de audio al menos (sin entrar a analizar sistemas de potencia como puede ser el caso de un sistema amplificador-altavoz),la relación de impedancias ideal suele rondar un cociente mínimo de 10 / 1 para minimizar la atenuación sufrida por la señal,la cual vería se reducida a la mitad si se siguieran las pautas marcadas por el susodicho teorema,y realmente esto no se hace.
Ni siquiera en sistemas de potencia de audio se suele cumplir la relación 1/1 ya que hay otros factores que se ven afectados,como los niveles de amortiguamento (que son responables indirectos de introducir desfases notorios a baja frecuencia,si no recuerdo mal),que hay que mantener dentro de ciertos márgenes.

[jfh900]

Alguien me puedes explicar ¿por qué en una toma de antena de un TV hay que poner la impedancia de la antena igual a la impedancia de la TV?, ¿Por qué en las etapas de salida de la salida de un amplificador hay que poner la impedancia de los altavoces igual a la impedancia de salida de dedl amplificador?. Por otra parte Modulay tu eres muy explicito en tu primer parrafo:

La principal razón que obliga a mantener las relaciones de impedancias entre etapas de entrada y salida es la implicación que dicha relación tiene en  la cantidad de potencia transferida de un sistema al otro.

Estas hablando de transferencia de potencia de un sistema a otro, no hablas de tensión.

De todas formas, al final la amplificación necesita amplificar tanto tensión como intensidad (en definitiva potencia) y lo que ganamos según tu dices en tensión en las etapas intermedias, lo perdemeos en intensidad, necesitando etapas de potencia mucho mayores (y por ende más caras).

Un saludo.

[Modulay]

"La principal razón que obliga a mantener las relaciones de impedancias entre etapas de entrada y salida es la implicación que dicha relación tiene en la cantidad de potencia transferida de un sistema al otro"

Sigo sin ver lo que está mal.Es una verdad como un templo,tanto si hablamos de sistemas en los que el propósito sea la cantidad resultante de señal como si hablamos de sistemas en los que el propósito sea la potencia transferida...es igualmente cierto.Que luego me haya centrado en hablar de casos en los que interesa el nivel de señal y no el de potencia...pues si...¿y qué?

El caso de una antena, pues supongo que si, que en ese caso si es importante maximizar la transferencia de potencia de la antena al sintonizador...no se como va exactamente un sintonizador de televisión (que a grandes rasgos es un simple filtro paso banda),pero imagino que exigirá ciertas condiciones en lo que a corrientes se refiere.

...y lo que ganamos según tu dices en tensión en las etapas intermedias, lo perdemeos en intensidad, necesitando etapas de potencia mucho mayores (y por ende más caras).

Aquí creo que te equivocas...la corriente suministrada por una etapa intermedia (pongamos por ejemplo una etapilla basada en amplificador operacional) no depende de la corriente que le suministres,sino de la carga que le coloques detrás.Y mientras sea capaz de suplir la demanda de de corriente de dicha carga,da igual que lleves al mínimo el nivel depotencia transferida a su entrada en beneficio del nivel de señal.

Como ya comenté antes,un preamplifcador ronda los 2k de Zin,frente a los 50-300 ohm de Zout que suele tener el micrófono que le conectas a la entrada.

Estas imágenes son del manual de usuario de una tarjeta de sonido similar a una que tuve hace un tiempo.Fíjate en los valores de impedancias de entrada y salida.En el caso de la salida de auriculares,pues evidentemente especifica una potencia máxima para un acople perfecto de impedancias,pero fíjate también que para dicho caso aumenta el nivel de distorsión armónica.Los auriculares de uso profesional rondan una impedancia de entrada de entre 70 y 700 ohm.

Una entrada HI-Z se usa para conectar directamente instrumentos como una guitarra eléctrica,que suelen gastar una Zout de 20-30k









También he encontrado esto,que no deja de ser interesante...



...en esta peich http://www.estudiomarhea.net/manual%20c09.htm

Por cierto,lo del factor de amortiguamiento parece estar relacionado con tensiones generadas por la bobina del altavoz al moverse y no con desfases como yo pensaba.

Salud!

[electronando]

otra cosa jesus eso de las antenas analizalo por la teoria de lineas de tranasmision para que no haya retorno0 de la señal que envias por formula se pone lo q dices , pero no confundas , lo que se requiere para acoplar una señal lo mejor posible enfaticemos en voltaje es alta impedancia en la entrada y baja en la salida .

[Mario]

Torombolo:

Revisa este enlace http://www.unicrom.com/Tut_teorema_max_trans_pot.asp

[jfh900]

Bueno, para terminar con el tema, yo solo he respondido a algunas de las preguntas que se hacian en el mensaje inicial:

Hola, gente.
Sé muy poco de electrónica, por eso necesito entender los siguiente: ¿Por qué es importante que la salida de un circuito sea de baja impedancia y la entrada de alta? ¿Cómo se realiza el acoplamiento de impedancias y para qué sirve? Me dijeron (y me gustaria que me lo confirmasen) que en circuitos de sonido, la razón por la cual no se puede conectar salidas Mic a entradas Line y viceversa, no se debe a los niveles de voltaje sino al acoplamiento de impedancias ¿por qué?
Gracias por la ayuda.

Y solo me resta decir que: el acoplamiento de impedancias es la igualación de las impedancias de salida y entrada de dos circuitos (en el caso de ser resistivos es así, en caso de ser inductivos y capacitivos es un poco mas complicado).

Con esto se logra transmitir la máxima potencia del circuito de salida al de entrada y en las líneas de transmisión se evita la reflexión de la señal.

Un saludo

[Mario]

Con esto se logra transmitir la máxima potencia del circuito de salida al de entrada y en las líneas de transmisión se evita la reflexión de la señal.

Cartas de Smith, RS485, etcétera, etcétera, etcétera........

[DUKEIRON]

Hola a todos, soy nuevo en este foro y buscando algo sobre impedancias me topé con las observaciones que hace 7 años aproximadamente, hacieron sobre si es aplicable el teorema de máxima transferencia de potencia en el caso que describe Torombolo:


"Hola, gente.
Sé muy poco de electrónica, por eso necesito entender los siguiente: ¿Por qué es importante que la salida de un circuito sea de baja impedancia y la entrada de alta? ¿Cómo se realiza el acoplamiento de impedancias y para qué sirve? Me dijeron (y me gustaria que me lo confirmasen) que en circuitos de sonido, la razón por la cual no se puede conectar salidas Mic a entradas Line y viceversa, no se debe a los niveles de voltaje sino al acoplamiento de impedancias ¿por qué?
Gracias por la ayuda."

Concretamente habla de Salidas Mic a entradas Line y viceversa.

Pensemos...¿hay transferencia significativa de potencia de un Mic a una entrada de un amplificador de Audio??? Casi nada o nada. Por lo tanto, no aplica el teorema de máxima transferencia de potencia. En este caso lo que se desea es que la señal del Mic llegue lo más fuerte posible al ampli, y se aplica la regla del divisor de tensión. Conviene entonces que la resistencia de salida del Mic sea mucho menor que la resitencia de entrada del amplificador de audio.

El otro caso que interesa es cuando si hay transferencia de potencia. Por ejemplo de la salida del amplificador de audio a los parlantes o bocinas. Aquí, si hay transferencia de potencia. Se desea que la señal de audio amplificada llegue con toda la fuerza que se pueda a los parlantes, para sacarles el máximo sonido a los mismos sin rebasar sus límites. En este caso debe aplicarse el teorema de máxima transferencia de potencia y hay que igualar las impedancias de salida del ampli con la de los parlantes, por cualquiera de los métodos conocidos (transformadores, redes L, o redes Pi).

Aunque algo tarde, espero haber contribuido a aclarar este punto.

Gracias y saludos a todos.

DUKEIRON