Warum ist es in einem Verstärker wünschenswert, eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz zu haben?

Ich habe gelernt, dass es in einem idealen Verstärker wünschenswert ist, eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz zu haben. Warum genau? Welche Auswirkungen hat ein Verstärker auf die gegenüberliegende niedrige Eingangsimpedanz und die hohe Ausgangsimpedanz?

Ich verstehe nicht genau, wie Impedanzeingabe und -ausgabe sind.

Tatsächlich ist die Prämisse Ihrer Frage nur wahr, wenn die Signale, an denen Sie interessiert sind, Spannungen sind. In diesem Fall wirkt sich das Anschließen des Verstärkers an eine Quelle nicht auf die Signalspannung aus, unabhängig davon, wie hoch die Quellenimpedanz ist, wenn der Verstärker keinen Strom über seinen Eingang bezieht (unendlich hoch oder zumindest sehr hoch).

Wenn Sie eine Last an den Ausgang Ihres Verstärkers anschließen und der Verstärker eine Ausgangsimpedanz von Null hat, ändert sich die Signalspannung unabhängig vom von der Last aufgenommenen Strom nicht.

Diese Eigenschaften erleichtern die Analyse des Verhaltens des Systems insgesamt erheblich.

Allerdings , wenn die Signale der Sie interessiert sind Ströme anstatt Spannungen, möchten Sie Ihren Verstärker Null Eingangsimpedanz und unendliche Ausgangsimpedanz aus den gleichen Gründen haben.

Der ideale Verstärker sollte überhaupt keinen Strom von seinem Eingang beziehen. Unter der Annahme eines Verstärkers mit zwei Eingängen ist der Signalstrom in beiden Eingangssonden Null. Die Eingangsimpedanz muss also unendlich sein!

$A(v_2-v_1)$

Für einen echten Verstärker muss die Eingangsimpedanz so groß wie möglich sein, während die Ausgangsimpedanz so niedrig wie möglich sein muss!

Vereinfachte Antwort, die sich hauptsächlich auf Audioverstärker bezieht:

Ein Audioverstärker mit einer niedrigen Ausgangsimpedanz kann seinem Lautsprecher effizienter größere Leistungen liefern als ein Verstärker mit einer höheren Ausgangsimpedanz. Sie werden also feststellen, dass Audioverstärker Ausgangsimpedanzen aufweisen, die bei weniger als 1 Ohm und in vielen Fällen bei Milli-Ohm gemessen werden.

Andererseits möchte ein schwaches und leises Signal von (sagen wir) einem Mikrofon nicht mit der Einspeisung seines Signals in einen Verstärker mit einer zu niedrigen Eingangsimpedanz zu kämpfen haben - dies kann das Signal möglicherweise (und erheblich) dämpfen und eine höhere Leistung erfordern Verstärkungsstufen zur Kompensation der dadurch zunehmenden Rauschaufnahme usw ..

Wenn die Impedanzen eines Audio-Leistungsverstärkers umgekehrt würden, wie Sie vermuten, würde dies möglicherweise ein Rauschsignal auf dem Lautsprecher erzeugen und die Leistung so ineffizient sein, dass es bei der Erzeugung des äquivalenten Schallpegels aus dem Lautsprecher erheblich wärmer würde.

Es gibt andere Probleme mit niedrigen Eingangsimpedanzen, da es bei einigen Mikrofonen zu einer Umformung des Frequenzgangs kommen kann. Dies gilt auch für die hohe Ausgangsimpedanz - die elektromechanischen Nuancen des Lautsprechers können dazu führen, dass einige Signale lauter erscheinen, als sie sein sollten.

Als beiseite, gibt es viele Verstärker , die sie eine relativ niedrige Eingangsimpedanz und diese sind in der Regel im Bereich der RF, wo Sie Impedanzen müssen übereinstimmen Signalreflexionen zu vermeiden.

Zweifellos gibt es andere Beispiele, die ich vermisst habe.

Mit der negativen Rückkopplung wird der Ausgang eines Verstärkers linearisiert. Ein Verstärker ist linear, wenn sein Ausgang eine exakte verstärkte Kopie des Eingangs ist. Wenn ein Verstärker nicht linear ist , ist der Ausgang verzerrt. Lineare Verzerrung ist eine der Spezifikationen, die für jeden guten Audioverstärker angegeben werden.

Ein Nebeneffekt der negativen Rückkopplung ist, dass sie in üblichen Konfigurationen einen niederohmigen Ausgang erzeugt. Unabhängig von der Belastung des Verstärkers ist die Ausgangsspannung gleich: Die Ausgangsspannung wird in den Eingang zurückgeführt, um den Verstärker zu linearisieren. Dadurch ist die Ausgangsspannung unempfindlich gegenüber Lastbedingungen.

Also: Gute Verstärker verwenden eine negative Rückkopplung: Spannungsrückkopplung ist üblich: Gute Verstärker haben üblicherweise eine niedrige Ausgangsimpedanz.

Das Spannungsverhalten einiger Lasten (insbesondere Lautsprecher) ist nicht linear und sehr frequenzempfindlich. Aus diesem Grund werden Verstärker mit hoher Impedanz, d. H. Verstärker mit Stromsteuerung, von einigen Audioingenieuren als den Audio-Verstärkern mit niedriger Impedanz überlegen angesehen.

Verstärker mit hoher Ausgangsimpedanz übertragen die Leistung nicht unbedingt weniger effizient in die Lautsprecher (Lautsprecher klingen von Natur aus besser als Leise-Lautsprecher) und übertragen die Leistung von der Stromversorgung in die Lautsprecher nicht weniger effizient (elektrische Leistung in diesem Fall) Menge ist sowieso billig), aber Stromerfassungsschaltungen waren immer etwas schwieriger, etwas teurer und etwas weniger linear als Spannungserfassungsschaltungen.

Es ist wünschenswert, den Belastungseffekt entweder zu minimieren, wenn der Verstärker (die Spannung) zum Ansteuern einer Schaltung verwendet wird oder wenn sie von einer anderen Schaltung angesteuert wird.