Pont d'impedància

En enginyeria d'àudio i gravació de so, un pont d'alta impedància, un pont de tensió o simplement una connexió de pont és aquell en què la impedància de càrrega és molt més gran que la impedància de la font. La càrrega mesura la tensió de la font mentre extreu corrent mínimament o l'afecta.

Un circuit de càrrega i font simple.

Explicació

Quan la sortida d'un dispositiu (constituïda per la font de tensió V_S i la impedància de sortida Z_S a la il·lustració) està connectada a l'entrada d'un altre dispositiu (la impedància de càrrega Z_L a la il·lustració), aquestes dues impedàncies formen un divisor de tensió:

$V_{L}={\frac {Z_{L}}{Z_{S}+Z_{L}}}V_{S}\,.$

Es pot maximitzar el nivell de senyal V_L utilitzant una font de tensió la impedància de sortida Z_S de la qual és tan petita com sigui possible i utilitzant un dispositiu receptor la impedància d'entrada Z_L del qual és tan gran com sigui possible. Quan $Z_{L}\gg Z_{S}$ (normalment almenys deu vegades), això s'anomena connexió de pont i té una sèrie d'efectes que inclouen:

• Avantatges:
  • Redueix l'atenuació de 6 dB provocada per la concordança d'impedància, la qual cosa ajuda a reduir la quantitat d'amplificació de compensació necessària i mantenint una alta relació senyal-soroll. Tanmateix, es pot utilitzar un transformador per fer coincidir la impedància i proporcionar una millor relació senyal-soroll. I l'atenuació de 6 dB es pot compensar fàcilment a l'amplificador.
  • Facilita la connexió de diverses càrregues a la mateixa font.
  • Redueix el corrent extret del dispositiu font, la qual cosa ajuda a evitar malgastar energia i ajuda a reduir la distorsió. Menys corrent a través del cable també redueix la pèrdua de resistència.
• Desavantatges:
  • L'augment de Z_L possiblement augmenta la captació de soroll ambiental ja que la impedància paral·lela combinada de Z_S || Z_L (dominat per Z_S) augmenta lleugerament, cosa que facilita que el soroll perdut condueixi el node del senyal.
  • Reflexió del senyal del canvi d'impedància. Tanmateix, per a les freqüències d'àudio, un quart de longitud d'ona a 20 kHz és d'aproximadament 2500 metres, de manera que els circuits d'àudio dels estudis mai es converteixen en veritables línies de transmissió.

Aplicacions

Limitar l'atenuació del senyal de tensió: el pont d'impedància s'utilitza normalment per evitar l'atenuació innecessària de la tensió i l'absorció de corrent a les connexions de nivell de línia o de micròfon on el dispositiu font té una impedància de sortida Z _S inalterable. Afortunadament, la impedància d'entrada Z_L dels circuits d'amplificador operacional moderns (i de molts circuits antics de tubs de buit) sovint és naturalment molt més alta que la impedància de sortida d'aquestes fonts de senyal i, per tant, són naturalment adequades per al pont d'impedància quan es reben i amplifican aquests senyals de tensió. . La impedància de sortida inherentment més baixa dels dissenys de circuits moderns facilita el pont d'impedància.

Augmentar l'eficiència elèctrica: l'eficiència η de subministrar potència a una impedància de càrrega purament reactiva R_L des d'una font de tensió amb una impedància de sortida purament reactiva de R_S:

$$\eta ={\frac {1}{1+R_{\mathrm {S} }/R_{\mathrm {L} }}}\,.$$

Aquesta eficiència es pot augmentar mitjançant el pont d'impedància, disminuint R_S i/o augmentant R_L.