¿Por qué es deseable en un amplificador tener una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida?

Aprendí que es deseable en un amplificador ideal tener una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida. ¿Por qué exactamente? Cuáles son las implicaciones de un amplificador tiene la opuesta baja impedancia de entrada y alta impedancia de salida.

No entiendo exactamente cómo la impedancia de entrada y salida.

En realidad, la premisa de su pregunta solo es cierta si las señales que le interesan son voltajes. En ese caso, si el amplificador no consume corriente a través de su entrada (tiene una impedancia de entrada infinita, o al menos muy alta), entonces conectarlo a una fuente no afectará el voltaje de la señal, independientemente de cuál sea la impedancia de la fuente.

De manera similar, cuando conecta una carga a la salida de su amplificador, si el amplificador tiene una impedancia de salida cero, el voltaje de la señal no cambiará, independientemente de la corriente consumida por la carga.

Estas propiedades facilitan mucho el análisis del comportamiento del sistema en general.

Sin embargo, si las señales que le interesan son corrientes en lugar de voltajes, desea que su amplificador tenga una impedancia de entrada cero y una impedancia de salida infinita por las mismas razones.

El amplificador ideal no debería extraer ninguna corriente de su entrada. Suponiendo un amplificador de dos entradas, la corriente de señal en ambas sondas de entrada es cero. En otras palabras, la impedancia de entrada debe ser infinita.

$A(v_2-v_1)$

¡Para un amplificador real, la impedancia de entrada debe ser lo más grande posible, mientras que la impedancia de salida debe ser lo más baja posible!

Respuesta simplificada relacionada principalmente con amplificadores de audio: -

Un amplificador de audio con una baja impedancia de salida puede entregar mayores potencias a su altavoz de manera más eficiente que un amplificador con una mayor impedancia de salida. Por lo tanto, encontrará que los amplificadores de audio tienen impedancias de salida medidas en menos de 1 ohm y, en muchos casos, en miliamperios.

Por otro lado, una señal débil y débil de (digamos) un micrófono no quiere luchar para alimentar su señal a un amplificador con una impedancia de entrada demasiado baja; esto puede atenuar (y significativamente) la señal y requerir mayor niveles de amplificación para compensar, aumentando así la captación de ruido, etc.

Si las impedancias de un amplificador de potencia de audio se invierten, como usted sugiere, potencialmente produciría una señal de ruido en el altavoz y sería ineficiente hasta el punto de que se volvería significativamente más cálido al generar el nivel de sonido equivalente del altavoz.

Existen otros problemas con bajas impedancias de entrada en que puede producirse una remodelación de la respuesta de frecuencia de algunos micrófonos. Esto también se aplica a la alta impedancia de salida: los matices electromecánicos del altavoz pueden hacer que algunas señales parezcan más fuertes de lo que deberían ser.

Como acotación al margen, hay muchos amplificadores que no tienen una impedancia de entrada bastante baja y estos son por lo general en el campo de RF donde tiene que coincidir con impedancias para evitar reflejos de la señal.

Sin duda hay otros ejemplos que me he perdido.

La retroalimentación negativa se utiliza para 'linealizar' la salida de un amplificador. Un amplificador es lineal si su salida es una copia amplificada exacta de la entrada. Si un amplificador no es lineal , la salida está distorsionada. La distorsión lineal es una de las especificaciones que se dan para cualquier buen amplificador de audio.

Un efecto secundario de la retroalimentación negativa es que, en configuraciones comunes, crea una salida de baja impedancia. No importa qué carga coloque en el amplificador, el voltaje de salida es el mismo: el voltaje de salida se retroalimenta a la entrada para linealizar el amplificador, y eso hace que el voltaje de salida sea insensible a las condiciones de carga.

Entonces: los buenos amplificadores usan retroalimentación negativa: la retroalimentación de voltaje es común: los buenos amplificadores comúnmente tienen baja impedancia de salida.

La respuesta de voltaje de algunas cargas (particularmente altavoces) es bastante no lineal y bastante sensible a la frecuencia. Por este motivo, algunos ingenieros de audio consideran que los amplificadores de salida de alta impedancia, es decir, los amplificadores de corriente son superiores a los amplificadores de audio de baja impedancia.

Los amplificadores de alta impedancia de salida no son necesariamente menos eficientes en la transferencia de energía a los altavoces (los altavoces más altos suenan inherentemente mejor que los altavoces blandos), y no son inherentemente menos eficientes en la transferencia de energía desde la fuente de alimentación a los altavoces (energía eléctrica en ese sentido la cantidad es barata de todos modos), pero los circuitos de detección de corriente siempre han sido un poco más difíciles, un poco más caros y un poco menos lineales que los circuitos de detección de voltaje.

Es deseable minimizar el efecto de carga, ya sea cuando el amplificador (voltaje) se utiliza para controlar un circuito o cuando está siendo controlado por algún otro circuito.