¿Existe una forma estándar/infalible de saber qué es la impedancia de entrada o salida?

Lo siento si esta es una pregunta estúpida, pero estoy en varios cursos de electrónica y parece que no puedo entender la impedancia de entrada frente a la de salida, sin importar a quién le pregunte.

Siempre puedo encontrar la impedancia entre dos puntos, si me dan los dos puntos y conozco todos los valores de resistencia/condensador/inductor, etc. entre esos puntos a lo largo de todos los caminos posibles entre ellos. Pero cuando me piden encontrar la impedancia de entrada o salida de un circuito completo, no tengo idea de cuáles son esos dos puntos. Mi profesor parece entender automáticamente qué dos puntos corresponden a la impedancia de entrada o de salida en un ejemplo dado, pero para mí, parece completamente arbitrario.

Entiendo que las fuentes de alimentación y las cargas tienen impedancias efectivas, pero a menudo, cuando miro un circuito, no tengo idea de dónde termina la fuente de alimentación y comienza la carga, o si es relevante pensar en términos de fuentes de alimentación y cargas. Para mí, es solo un montón de componentes mezclados.

Aquí hay algunos ejemplos de problemas de tarea resueltos (soluciones en rojo):

ejemplo de tarea trabajada con solución en rojo

¿Por qué la impedancia de entrada del circuito en la parte "a" es 10k? Obviamente, hay una resistencia de 10k en la entrada del amplificador operacional, lo que parece extremadamente simple, pero también es extremadamente vago. ¿Por qué no necesito preocuparme por la resistencia de 500k? ¿Por qué debería importarme que la entrada tenga una resistencia de 10k cuando la señal también se encuentra con una resistencia de 500k y un amplificador operacional con una resistencia enorme?

Luego, en la parte "c", agregamos otro amplificador operacional para aumentar en gran medida la resistencia de entrada. Ahora, de repente, nos preocupamos por la gran resistencia del amplificador operacional, solo porque colocamos un amplificador operacional frente a otro.

Realmente parece ser así de simple, pero siento que solo estoy diciendo "Lanzaré una resistencia de 10k frente a este circuito y listo, ahí tienes una resistencia de entrada de 10k, que tengas un buen día". Si es realmente tan simple, al menos quiero saber por qué es una idea útil.

¿Podría alguien desglosar este concepto y realmente explicarme como si nunca hubiera visto electricidad en mi vida? Por alguna razón, es tan obvio para los demás que hacen un trabajo terrible al comprender cuán confundido estoy, y su explicación no ayudará.

¿Parece que necesita identificar qué punto es la entrada? ¿Seguramente esto debería estar etiquetado? Si no, es tradicional poner las entradas a la izquierda y las salidas a la derecha. ¿Podría darnos una foto de un ejemplo, por favor?
Pregunta: "No tengo idea de cuáles son esos dos puntos". Respuesta: Es bastante simple: ¡La impedancia de entrada se define entre el nodo de entrada y la tierra (común)!
@LvW no es tan simple ya que una entrada diferencial contradice su declaración. Aquí Spehro habla de tres impedancias de entrada diferentes: electronics.stackexchange.com/questions/191487/…
@horta, soy consciente de que la impedancia de entrada en un puerto de un diferencial basado en transistores. el amplificador depende de la señal en el otro puerto; sin embargo, creo que el autor de la pregunta estaba pidiendo un dispositivo de "un puerto".
Ok, edité e incluí un ejemplo. Tenemos otros ejemplos con más de un puerto, pero estaré satisfecho si entiendo el problema anterior.
La parte clave de su curso de amplificadores operacionales que creo que puede haber pasado por alto o subestimado es la propiedad de que el amplificador operacional tiende a conducir sus dos terminales de entrada al mismo voltaje (en la mayoría de las configuraciones útiles) y, por lo tanto, porque el terminal + está conectado a tierra. entonces también puede tratar el - como conectado a tierra (este comportamiento se denomina tierra virtual o cortocircuito virtual). Piénsalo y escribiré una respuesta más tarde.
"cuando la señal también se encuentra con una resistencia de 500k" No es así. El terminal inversor del amplificador operacional se comporta como si estuviera conectado a tierra. Entonces es solo una resistencia de 10k en tierra.

Respuestas (2)

pjc50 resumió la solución en los comentarios.

La impedancia de entrada se define como la impedancia que vería sin importar el voltaje/corriente de entrada. Con el hecho de que el análisis del amplificador operacional ideal conecta ambas entradas del amplificador operacional al mismo voltaje y una de las entradas está conectada a tierra, la otra terminal puede tratarse como una tierra virtual. Ahora tiene una fuente/sumidero de corriente infinita en ese terreno virtual. Eso significa que si crea un voltaje de entrada de prueba en el lado de entrada del circuito, todo lo que verá es 10k a "tierra". 1V/10k=100uAmperios. La impedancia de entrada es el voltaje de prueba dividido por la corriente resultante, por lo que 1V/100uAmps = 10k. Así es como se les ocurre 10k como impedancia de entrada.

Si quisiera determinar la impedancia de salida, podría mirar el extremo de la cola e intentar inyectar un suministro de 1V en el lado de salida del amplificador operacional. La salida de un amplificador operacional puede generar o absorber una corriente infinita (pseudotierra), por lo que básicamente tiene una conexión desde el cable de salida directamente a tierra. Un cable directamente a tierra tiene 0 ohmios, por lo que la impedancia de salida en este caso es 0 (o muy baja).

Por lo que puedo decir, su confusión proviene de no comprender cómo funciona un amplificador operacional ideal. El lado de entrada de un amplificador operacional intenta fijar sus dos entradas al mismo voltaje y la salida puede generar/hundir una corriente infinita para crear el voltaje deseado.

Eso me dio una revelación, ¡e incluso entiendo por qué estaba tan confundido! La clave de mi confusión fue que la resistencia no tiene que medirse entre 2 puntos; se puede medir con un solo punto que "ve" lo difícil que es viajar en varias direcciones. Esto es análogo a las coordenadas cartesianas vs polares. "Cartesiano" requiere dos puntos para definir la resistencia pero es independiente de la dirección, y "polar" requiere un punto pero una magnitud dependiente de la dirección. Estaba atrapado en el modo "cartesiano" y no podía comprender "polar" hasta ahora.
@RyanFranz Correcto, las mediciones de un solo punto se pueden realizar suponiendo que el otro "punto" es un terreno general. Y la tierra no es más que un voltaje de referencia que generalmente se decide que es 0V. ¡Me alegro de que tenga sentido ahora!

La impedancia de salida de OpAmp explica por qué los OpAmps oscilan con varios valores de cargas capacitivas. Preguntaste sobre la impedancia de salida ...

El método estándar (matemático) es inyectar Itest, realizar los cálculos y determinar un valor (más el cambio de fase) para Vresult. Esto funciona para entradas y salidas.

En Zoutput de un OpAmp, hay 3 regiones que puede determinar, dado que inserta una resistencia discreta Rlump después del amplificador de voltaje ideal. Haremos esto para un circuito de ganancia unitaria. 1) a frecuencias muy bajas (por debajo de la caída de 10 Hz de OpenLoopGain), Zout es Rout es Rlump/AVOL con fase de 0 grados. 2) una vez que AVOL comienza a rodar, Zout es inductivo. Este inductor resonará con una carga C externa y sonará u oscilará o producirá un sobreimpulso en las señales de onda cuadrada. Para evitar todo esto, inserte una resistencia (pruebe con 33 ohmios) entre el pin de salida OpAmp y el Cload. El valor adecuado es computable, al menos a frecuencias más bajas donde no es necesario incluir la inductancia PCB y Via. A una frecuencia 10 veces más alta que donde AVOL comienza a disminuir, el Zout habrá aumentado 10 veces por encima del valor de CC. Pero el cambio de fase ahora entra en las matemáticas. 3) por encima de UGBW, justo donde desea que el OpAmp continúe proporcionando el despliegue de LowPasFilter, de modo que continúe obteniendo ese filtrado adicional de 20dB/década, el Zout se vuelve impredeciblemente dependiente del circuito exacto de los transistores de salida en el OpAmp. Y depende de dispositivos bipolares o MOS. Si necesita esa atenuación para continuar más allá del punto de ganancia de 0dB, deberá incluir filtros RC externos al OpAm.

¿Existe una forma estándar/infalible de saber qué es la impedancia de entrada o salida?
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