¿Por qué el circuito presenta una impedancia de salida baja y una impedancia de entrada alta? Descubre en este artículo la razón detrás de esta característica clave de los circuitos y cómo afecta el flujo de corriente en un sistema eléctrico. Embárcate en un viaje para comprender por qué es esencial entender estas impedancias y cómo pueden impactar tanto en la transmisión como en la recepción de señales eléctricas.
En el mundo de los circuitos electrónicos, lograr una transferencia de señal eficiente y mantener la integridad de la señal son objetivos fundamentales. Una forma de lograrlo es diseñando circuitos con baja impedancia de salida y alta impedancia de entrada.
Este artículo tiene como objetivo explorar las razones detrás de esta elección de diseño. La baja impedancia de salida garantiza una transferencia eficiente de energía a la carga, mientras que la alta impedancia de entrada minimiza los efectos de carga en la fuente de señal, lo que permite una representación precisa de la señal.
Comprender la importancia y la interacción de estos valores de impedancia es esencial para diseñar circuitos que funcionen de manera óptima en términos de transferencia de energía, estabilidad de voltaje e integridad de la señal.
La guía de impedancia de entrada y de impedancia de salida:
Descripción general de la impedancia
Impedancia de entrada del amplificador operacional
La impedancia de entrada de un amplificador operacional se refiere a la resistencia eléctrica que se ve en sus terminales de entrada. Representa la medida en que el circuito del amplificador operacional extrae corriente de la fuente que impulsa su entrada. Es deseable una impedancia de entrada alta ya que minimiza el efecto de carga en la fuente de señal, lo que permite una transferencia de señal precisa y eficiente.
Los amplificadores operacionales suelen exhibir una impedancia de entrada extremadamente alta, a menudo en el rango de megaohmios (MΩ) o gigaohmios (GΩ). Esta alta impedancia de entrada garantiza que el amplificador operacional extraiga una corriente insignificante de la fuente, manteniendo así la integridad de la señal de entrada.
Impedancia de salida del amplificador operacional
La impedancia de salida de un amplificador operacional se refiere a la resistencia que ofrecen sus terminales de salida a la carga conectada a él. Significa la capacidad del amplificador operacional para conducir corriente a la carga sin pérdidas o distorsiones significativas.
Es deseable una impedancia de salida baja para garantizar una transferencia de potencia efectiva y una amplificación de voltaje precisa. Los amplificadores operacionales generalmente tienen una impedancia de salida baja, típicamente en el rango de decenas de ohmios (Ω) o menos. Esta baja impedancia de salida les permite entregar señales con una pérdida mínima y mantener la estabilidad del voltaje incluso cuando se conectan a cargas de baja impedancia. [2].
Impedancia ideal del amplificador operacional
En un escenario ideal, un amplificador operacional exhibiría una impedancia de entrada infinita y una impedancia de salida cero. Sin embargo, los amplificadores operacionales prácticos se desvían de este comportamiento ideal debido a las limitaciones de los componentes electrónicos del mundo real.
La impedancia de entrada de un amplificador operacional está influenciada por sus circuitos internos, como los transistores de entrada y los elementos de polarización, mientras que la impedancia de salida está determinada por la etapa de salida actual del amplificador operacional. Los fabricantes proporcionan especificaciones para la impedancia de entrada y salida en hojas de datos de amplificadores operacionales, lo que permite a los ingenieros seleccionar el amplificador operacional más adecuado para los requisitos de su aplicación específica.
Efecto de alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida
La alta impedancia de entrada de un amplificador operacional garantiza que extraiga una corriente mínima de la fuente de señal, evitando efectos de carga que podrían distorsionar la señal de entrada. Esta característica es particularmente crucial cuando se interactúa con fuentes de alta impedancia, como sensores o micrófonos, ya que permite una representación precisa de la señal y evita la degradación de la señal.
La baja impedancia de salida de un amplificador operacional le permite conducir corriente a cargas de baja impedancia sin una caída de voltaje significativa. Esta capacidad es esencial al conectar la salida del amplificador operacional a etapas posteriores o dispositivos externos, ya que garantiza una transmisión de señal eficiente y minimiza la degradación de la señal.
Cómo calcular la impedancia de entrada y la impedancia de salida
Calcular la impedancia de entrada de un amplificador operacional requiere analizar el circuito de entrada equivalente del amplificador operacional y considerar la impedancia aportada por cada componente. Este análisis implica comprender los circuitos internos del amplificador operacional y su comportamiento en los terminales de entrada. Los diferentes modelos de amplificadores operacionales pueden tener variaciones en sus circuitos internos, por lo que es importante consultar la hoja de datos y las especificaciones del fabricante para realizar cálculos precisos. [3].
La impedancia de salida de un amplificador operacional se puede determinar analizando el circuito de salida y teniendo en cuenta la impedancia aportada por los componentes activos, como transistores y resistencias. Nuevamente, consultar la hoja de datos del amplificador operacional y comprender las características del modelo específico es esencial para realizar cálculos precisos.
¿Por qué el circuito tiene una impedancia de salida baja y una impedancia de entrada alta?
Baja impedancia de salida
Una impedancia de salida baja significa que el circuito puede conducir corriente de manera efectiva a una carga sin una caída de voltaje significativa. Es fundamental a la hora de conectar el circuito a etapas posteriores o dispositivos externos.
A continuación se presentan algunas razones por las que se desea una impedancia de salida baja:
- Eficiencia de transferencia de energía: Cuando la impedancia de salida es baja, el circuito puede transferir energía de manera más eficiente a la carga. Esto es particularmente importante cuando se manejan cargas de baja impedancia, como altavoces o antenas, donde la impedancia de carga puede ser significativamente menor que la impedancia de salida. Al minimizar la caída de voltaje a través de la impedancia de salida, el circuito puede entregar una porción sustancial de la potencia disponible a la carga;
- Estabilidad de voltaje: Una baja impedancia de salida ayuda a mantener la estabilidad del voltaje incluso cuando se conecta a cargas variables. Cuando se conecta una carga con una impedancia más baja a un circuito, la carga intenta consumir más corriente. Si la impedancia de salida es alta, este aumento del flujo de corriente puede provocar una caída de voltaje significativa en la impedancia de salida, lo que provoca distorsión y pérdida de la señal. Sin embargo, con una impedancia de salida baja, el circuito puede contrarrestar eficazmente la impedancia de la carga, asegurando que el voltaje permanezca estable y se preserve la integridad de la señal;
Alta impedancia de entrada
La alta impedancia de entrada se refiere a la capacidad del circuito para extraer una corriente mínima de la fuente que impulsa su entrada. Es crucial para una representación precisa de la señal y para prevenir efectos de carga.
A continuación se presentan algunas razones por las que es deseable una alta impedancia de entrada:
- Integridad de la fuente de señal: Al conectar una fuente de señal a un circuito, como un sensor o un micrófono, es esencial minimizar el efecto de carga en la fuente. Una impedancia de entrada alta garantiza que el circuito extraiga una corriente insignificante de la fuente, evitando cualquier caída de voltaje significativa en la impedancia interna de la fuente. Esto permite que la fuente de señal funcione en su rango de voltaje óptimo y garantiza una representación precisa de la señal;
- Degradación de señal minimizada: La alta impedancia de entrada evita que la fuente de señal se cargue excesivamente, lo que puede provocar una degradación de la señal. Cuando la impedancia de entrada es baja, extrae más corriente de la fuente, lo que puede afectar el voltaje de salida de la fuente y causar distorsión. Al tener una alta impedancia de entrada, el circuito minimiza la corriente consumida, preservando el voltaje de salida de la fuente y minimizando la degradación de la señal;
¿Por qué un amplificador operacional tiene una impedancia de entrada alta y una impedancia de salida baja?
El amplificador operacional tiene una impedancia de entrada alta y una impedancia de salida baja por dos razones principales:
- En primer lugar, Un amplificador operacional está diseñado para amplificar la señal sin introducir ninguna carga adicional que pueda causar que la amplitud de la señal disminuya. Para lograr esto, el amplificador operacional debe tener una resistencia de entrada muy alta para que no extraiga corriente de sus entradas y, por lo tanto, no reduzca la amplitud de la señal aplicada;
- La segunda razón está relacionada con los circuitos de retroalimentación; Al tener una impedancia de salida baja, permite una retroalimentación negativa más eficiente al garantizar que la mayor parte del voltaje de salida aparece a través de la carga en lugar de perderse en las resistencias internas. Esto ayuda a garantizar señales de control precisas incluso con grandes ganancias. [4];
Tener una impedancia de salida baja también permite que el amplificador operacional impulse cargas de corriente más altas de lo que lo haría de otra manera.
PREGUNTAS MÁS FRECUENTES:
1. ¿Por qué la impedancia de salida es baja?
La impedancia de salida está diseñada para ser baja para garantizar una transferencia de energía eficiente desde el circuito a la carga. Una impedancia de salida baja minimiza la caída de voltaje a través de la propia impedancia, lo que permite que una parte importante de la potencia disponible se entregue a la carga. Esto es crucial cuando se manejan cargas de baja impedancia para mantener la estabilidad del voltaje y minimizar la distorsión de la señal.
2. ¿Qué causa la alta impedancia de entrada?
Por lo general, se logra una alta impedancia de entrada diseñando el circuito con componentes que ofrecen un flujo de corriente mínimo hacia los terminales de entrada. El uso de resistencias de alto valor o transistores de efecto de campo (FET) en la etapa de entrada de un circuito puede contribuir a una alta impedancia de entrada. Al limitar la corriente extraída de la fuente que impulsa la entrada, la alta impedancia de entrada garantiza una representación precisa de la señal y evita efectos de carga.
3. ¿Cuál es la relación entre la impedancia de entrada y la impedancia de salida?
La relación entre los dos es que un circuito con alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida es deseable para una transferencia de señal eficiente y una degradación mínima de la señal.
4. ¿Cuál es el efecto de la impedancia de entrada y salida?
La impedancia de entrada afecta la fuente de la señal al minimizar el efecto de carga y permitir una representación precisa de la señal. Garantiza que la fuente funcione en su rango de voltaje óptimo. La impedancia de salida afecta la carga conectada al determinar la eficiencia de la transferencia de energía y la estabilidad del voltaje. Una impedancia de salida baja garantiza una entrega de energía eficiente y una caída de voltaje mínima en la impedancia.
5. ¿La entrada o salida es de alta impedancia?
La alta impedancia suele estar asociada con la etapa de entrada de un circuito. Se refiere a la resistencia vista por la fuente de señal que impulsa los terminales de entrada. La alta impedancia de entrada minimiza la corriente extraída de la fuente y evita efectos de carga.
6. ¿Por qué es mejor una impedancia más alta?
Una impedancia más alta suele ser mejor porque permite un flujo de corriente mínimo, lo que reduce los efectos de carga en la fuente y garantiza una representación precisa de la señal. También proporciona un aislamiento mejorado entre diferentes partes de un circuito y permite una transferencia de energía efectiva a cargas de baja impedancia.
7. ¿Qué pasa si la impedancia es demasiado alta?
Si la impedancia es demasiado alta, puede provocar una reducción de la intensidad de la señal y una mala transferencia de energía. Una impedancia excesivamente alta puede provocar una caída de voltaje y distorsión en la señal, lo que provoca degradación de la señal y pérdida de información. Además, si la fuente que impulsa la alta impedancia no puede suministrar suficiente corriente, el voltaje puede caer significativamente, lo que resulta en una señal débil o distorsionada.
8. ¿Es mejor la baja impedancia que la alta impedancia?
El valor de impedancia ideal depende de los requisitos específicos del circuito y de la naturaleza de la fuente de señal y la carga. La baja impedancia generalmente es mejor para una transferencia de energía eficiente y la estabilidad del voltaje, mientras que se prefiere la alta impedancia para minimizar los efectos de carga en la fuente y garantizar una representación precisa de la señal. La elección entre baja y alta impedancia depende de la aplicación específica y del rendimiento deseado.
9. ¿Por qué la impedancia de salida es de 50 ohmios?
La elección de 50 ohmios como valor de impedancia de salida estándar está relacionada principalmente con la transmisión de señales de alta frecuencia en sistemas de comunicación. Una impedancia de salida de 50 ohmios coincide con la impedancia característica de muchas líneas de transmisión y cables utilizados en estos sistemas, lo que permite una transferencia de señal óptima y reflejos de señal mínimos.
10. ¿Por qué es mejor una impedancia más baja?
Una impedancia más baja generalmente es mejor porque permite una transferencia de energía eficiente, una caída de voltaje mínima y una estabilidad de voltaje mejorada. Permite que el circuito entregue una parte significativa de la potencia disponible a la carga sin una degradación significativa de la señal.
11. ¿Cómo afecta la impedancia al voltaje?
La impedancia afecta el voltaje al influir en la caída de voltaje a través de un elemento del circuito. Cuando la corriente fluye a través de una impedancia, se produce una caída de voltaje según la ley de Ohm (V = I * Z), donde V es la caída de voltaje, I es la corriente y Z es la impedancia. Una impedancia más alta da como resultado una caída de voltaje mayor para la misma corriente.
12. ¿Por qué es importante la impedancia de entrada?
La impedancia de entrada es importante porque determina el efecto de carga en la fuente de la señal e influye en la precisión de la representación de la señal. Una alta impedancia de entrada garantiza un flujo de corriente mínimo desde la fuente, evitando la degradación de la señal y manteniendo el voltaje de la fuente dentro de su rango óptimo.
13. ¿Cuál tiene alta impedancia de entrada?
Los circuitos o componentes diseñados con resistencias o FET de alto valor en su etapa de entrada suelen tener una alta impedancia de entrada. Los ejemplos incluyen amplificadores de instrumentación, amplificadores de búfer y etapas de entrada de amplificadores operacionales.
14. ¿Cuál es un ejemplo de alta impedancia?
Un sensor piezoeléctrico, como los que se utilizan en mediciones acústicas o de vibración, suele tener una alta impedancia. Estos sensores generan corrientes muy pequeñas en respuesta a los fenómenos físicos que miden y su alta impedancia permite una representación precisa de la señal y evita efectos de carga.
15. ¿Por qué es importante la impedancia en un circuito?
La impedancia es importante en un circuito ya que influye en el comportamiento del circuito con respecto a la corriente y el voltaje. Determina la eficiencia de transferencia de energía, la estabilidad del voltaje y la precisión de la representación de la señal. Comprender y gestionar la impedancia es crucial para diseñar circuitos que funcionen de manera óptima en términos de integridad de la señal y transferencia de energía.
16. ¿Por qué es importante la impedancia de salida?
La impedancia de salida es importante porque determina la capacidad de un circuito para conducir corriente a una carga sin una caída de voltaje significativa. Una baja impedancia de salida garantiza una transferencia de energía eficiente, estabilidad de voltaje y una distorsión mínima de la señal cuando se conecta a etapas posteriores o dispositivos externos.
17. ¿Por qué la impedancia de entrada es infinita?
En modelos teóricos ideales, la impedancia de entrada se puede considerar infinita para evitar extraer corriente de la fuente de señal. Sin embargo, los circuitos prácticos tienen una impedancia de entrada finita debido a las limitaciones impuestas por los componentes del mundo real y las consideraciones de diseño.
18. ¿Se aplica la ley de Ohm a la impedancia?
Sí, la ley de Ohm se aplica a la impedancia. La ley de Ohm establece que el voltaje a través de una impedancia es proporcional a la corriente que fluye a través de ella, y el valor de la impedancia determina la constante de proporcionalidad. Matemáticamente, V = I * Z, donde V es el voltaje, I es la corriente y Z es la impedancia.
19. ¿La impedancia aumenta o disminuye?
La impedancia puede aumentar o disminuir según los elementos del circuito y su disposición. Agregar resistencias, condensadores o inductores en serie o en paralelo puede afectar la impedancia total de un circuito. Por ejemplo, los elementos inductivos aumentan la impedancia con la frecuencia, mientras que los elementos capacitivos disminuyen la impedancia con la frecuencia.
20. ¿Qué afecta la impedancia?
La impedancia se ve afectada por las características y la disposición de los elementos del circuito, como resistencias, condensadores e inductores. Los valores de estos componentes, así como sus propiedades dependientes de la frecuencia, influyen en la impedancia general de un circuito.
21. ¿Una mayor impedancia significa más potencia?
No, una impedancia más alta no significa necesariamente más potencia. La potencia está determinada por el producto del voltaje y la corriente (P = V * I) [5]. En un circuito, la eficiencia de la transferencia de energía aumenta con una impedancia más baja, ya que se puede entregar más energía a la carga sin una caída significativa de voltaje en la impedancia.
22. ¿Cuál es el efecto de la baja impedancia?
La baja impedancia permite una transferencia de energía eficiente, una caída de voltaje mínima y una estabilidad de voltaje mejorada. Permite que el circuito entregue una parte significativa de la potencia disponible a la carga sin una degradación significativa de la señal.
23. ¿Por qué utilizamos resistencias de 50 ohmios y 75 ohmios en los cables?
La elección de resistencias de 50 ohmios y 75 ohmios en cables está relacionada con su impedancia característica. Estos valores coinciden con la impedancia característica de tipos específicos de líneas de transmisión y cables utilizados en sistemas de comunicación, lo que garantiza una transferencia de señal óptima, minimiza los reflejos de la señal y mantiene la integridad de la señal.
24. ¿Cuál es la diferencia entre impedancia y resistencia?
La impedancia representa la relación de fase entre la corriente y el voltaje en circuitos que involucran componentes reactivos como capacitores e inductores.
25. ¿Cuántos ohmios tiene la alta impedancia?
El umbral de lo que se considera alta impedancia depende de la aplicación y el contexto específicos. En general, una impedancia superior a varios cientos de kiloohmios o incluso megaohmios puede considerarse alta en muchos circuitos electrónicos. [6].
26. ¿Qué aumenta la impedancia?
La impedancia se puede aumentar añadiendo resistencias, inductores o condensadores en serie o en paralelo. Los valores y la disposición de estos componentes influyen en la impedancia general de un circuito.
27. ¿Cómo afecta la impedancia a la señal?
La impedancia afecta la señal al influir en la caída de voltaje y la eficiencia de transferencia de energía. Una falta de coincidencia entre la impedancia de una fuente de señal y una carga puede provocar reflejos, distorsiones y degradación de la señal. La adaptación de impedancia adecuada garantiza una transferencia de señal óptima y mantiene la integridad de la señal.
28. ¿Una impedancia alta significa un circuito abierto?
No, una impedancia alta no significa necesariamente un circuito abierto. Mientras que un circuito abierto tiene una impedancia infinita, un circuito de alta impedancia permite un cierto flujo de corriente y minimiza los efectos de carga en la fuente de la señal.
29. ¿Qué sucede si la impedancia de entrada es demasiado baja?
Si la impedancia de entrada es demasiado baja, puede provocar un flujo excesivo de corriente desde la fuente de señal, lo que provocará una caída de voltaje y una distorsión significativas. También puede sobrecargar la fuente, afectando su rendimiento y potencialmente dañándola.
30. ¿Qué conexión disminuye la impedancia de entrada y de salida?
La conexión de un transformador de adaptación de impedancia puede disminuir la impedancia tanto de entrada como de salida. Este transformador iguala la impedancia de la fuente a la de la carga, asegurando una transferencia de energía óptima y manteniendo la integridad de la señal.
Video útil: Conceptos básicos de electrónica n.° 37: ¿Qué es la impedancia? (¿Resistencia CA?)
Referencias
- https://electrotopic.com/por qué-el-circuito-tiene-baja-impedancia-de-salida-y-alta-impedancia-de-entrada/
- https://www.sunpower-uk.com/glossary/what-is-output-impedance/
- http://www.learningaboutelectronics.com/Articles/Why-does-an-op-amp-need-a-high-input-impedance-and-a-low-output-impedance
- https://www.apogeeweb.net/electron/high-input-impedance-and-low-output-impedance-comparison.html
- https://academic-accelerator.com/encyclopedia/input-impedance
- https://www.edaboard.com/threads/the-effects-of-high-and-low-input-output-impedance.94305/
