Impedancia de salida

En ingeniería eléctrica, la impedancia de salida de una red eléctrica es la medida de la oposición al flujo de corriente (impedancia), tanto estática (resistencia) como dinámica (reactancia), hacia la red de carga que se está conectado que sea interno a la fuente eléctrica. La impedancia de salida es una medida de la propensión de la fuente a caer en voltaje cuando la carga consume corriente, siendo la red de fuente la parte de la red que transmite y la red de carga la parte de la red que consume.

Debido a esto, la impedancia de salida a veces se denomina impedancia de fuente o impedancia interna.

Descripción

Todos los dispositivos y conexiones tienen resistencia y reactancia distintas de cero y, por lo tanto, ningún dispositivo puede ser una fuente perfecta. La impedancia de salida se utiliza a menudo para modelar la respuesta de la fuente al flujo de corriente. Es posible que una parte de la impedancia de salida medida del dispositivo no exista físicamente dentro del dispositivo; algunos son artefactos que se deben a las propiedades químicas, termodinámicas o mecánicas de la fuente. Esta impedancia se puede imaginar como una impedancia en serie con una fuente de voltaje ideal, o en paralelo con una fuente de corriente ideal (ver: Circuitos en serie y paralelo).

Las fuentes se modelan como fuentes ideales (es decir, fuentes ideales que siempre mantienen el valor deseado) combinadas con su impedancia de salida. La impedancia de salida se define como esta impedancia modelada y/o real en serie con una fuente de voltaje ideal. Matemáticamente, las fuentes de corriente y tensión se pueden convertir entre sí utilizando el teorema de Thévenin y el teorema de Norton.

En el caso de un dispositivo no lineal, como un transistor, el término "impedancia de salida" generalmente se refiere al efecto sobre una señal de pequeña amplitud y variará con el punto de polarización del transistor, es decir, con la corriente continua (CC) y el voltaje aplicado al dispositivo.

Medición

La resistencia de la fuente de un dispositivo puramente resistivo se puede determinar experimentalmente cargando cada vez más el dispositivo hasta que el voltaje a través de la carga (CA o CC) sea la mitad del voltaje del circuito abierto. En este punto, la resistencia de carga y la resistencia interna son iguales.

Se puede describir con mayor precisión haciendo un seguimiento de las curvas de voltaje versus corriente para varias cargas y calculando la resistencia a partir de la ley de Ohm. (La resistencia interna puede no ser la misma para diferentes tipos de carga o en diferentes frecuencias, especialmente en dispositivos como baterías químicas).

La impedancia de fuente generalizada para un dispositivo fuente reactivo (inductivo o capacitivo) es más complicada de determinar y generalmente se mide con instrumentos especializados, en lugar de tomar muchas mediciones a mano.

Amplificadores de audio

La impedancia de salida real (Z_S) de un amplificador de potencia suele ser inferior a 0,1 Ω, pero rara vez se especifica. En cambio, está "oculto"; dentro del parámetro del factor de amortiguación, que es:

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

Resolver para Z_S,

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

da la impedancia de la pequeña fuente (impedancia de salida) del amplificador de potencia. Esto se puede calcular a partir del Z_L del altavoz (típicamente 2, 4 o 8 ohmios) y el valor dado del factor de amortiguación.

Generalmente en audio y alta fidelidad, la impedancia de entrada de los componentes es varias veces (técnicamente, más de 10) la impedancia de salida del dispositivo conectado a ellos. Esto se llama puente de impedancia o puente de voltaje.

En este caso, Z_L>> Z_S, (en la práctica:) DF > 10

En video, RF y otros sistemas, las impedancias de entradas y salidas son las mismas. Esto se llama adaptación de impedancia o conexión adaptada.

En este caso, Z_S = Z_L, DF = 1/1 = 1.

La impedancia de salida real para la mayoría de los dispositivos no es la misma que la impedancia de salida nominal. Un amplificador de potencia puede tener una impedancia nominal de 8 ohmios, pero la impedancia de salida real variará según las condiciones del circuito. La impedancia de salida nominal es la impedancia a la que el amplificador puede entregar su máxima cantidad de potencia sin fallar.

Baterías

La resistencia interna es un concepto que ayuda a modelar las consecuencias eléctricas de las reacciones químicas complejas dentro de una batería. Es imposible medir directamente la resistencia interna de una batería, pero se puede calcular a partir de datos de corriente y voltaje medidos en un circuito. Cuando se aplica una carga a una batería, la resistencia interna se puede calcular a partir de las siguientes ecuaciones:

${displaystyle {begin{aligned}R_{B} {Vs}}right)-R_{L}\fnMicroc {V_{S}-V_{L} {I}end{aligned}}$

dónde

${displaystyle R_{B}$ es la resistencia interna de la batería

${displaystyle V_{S}$ es el voltaje de la batería sin carga

${displaystyle V_{L}$ es el voltaje de la batería con carga

${displaystyle R_{L}$ es la resistencia total del circuito

${displaystyle I}$ es la corriente total suministrada por la batería

La resistencia interna varía según la antigüedad de la batería, pero en la mayoría de las baterías comerciales la resistencia interna es del orden de 1 ohmio.

Cuando hay una corriente a través de una célula, el e.m.f medido es menor que cuando no hay corriente entregada por la célula. La razón de esto es que parte de la energía disponible de la célula se utiliza para conducir cargas a través de la célula. Esta energía es desperdiciada por la llamada "resistencia interna" de esa célula. Esta energía desperdiciada aparece como tensión perdida. Resistencia interna ${displaystyle r={frac {E-V_{L} {I}}}$.