¿Por qué es deseable que un amplificador tenga una impedancia de entrada alta y una impedancia de salida baja?

En realidad, la premisa de su pregunta solo es cierta si las señales que le interesan son voltajes. En ese caso, si el amplificador no consume corriente a través de su entrada (tiene una impedancia de entrada infinita, o al menos muy alta), entonces conectarlo a una fuente no afectará el voltaje de la señal, independientemente de cuál sea la impedancia de la fuente.

De manera similar, cuando conecta una carga a la salida de su amplificador, si el amplificador tiene una impedancia de salida cero, el voltaje de la señal no cambiará, independientemente de la corriente consumida por la carga.

Estas propiedades facilitan mucho el análisis del comportamiento del sistema en general.

Sin embargo, si las señales que le interesan son corrientes en lugar de voltajes, querrá que su amplificador tenga una impedancia de entrada cero y una impedancia de salida infinita por las mismas razones.

El amplificador ideal no debería extraer ninguna corriente de su entrada. Suponiendo un amplificador de dos entradas, la señal de corriente en ambas sondas de entrada es cero. En otras palabras, ¡la impedancia de entrada debe ser infinita!

La salida debe operar como la salida de una fuente de voltaje ideal. Esto significa que el potencial entre la salida y la tierra debe ser$A(v_2-v_1)$, no importa cuánta corriente consumiría una carga conectada a la salida. En otras palabras, la impedancia de salida debe ser cero.

¡Para un amplificador real, la impedancia de entrada debe ser lo más grande posible mientras que la impedancia de salida debe ser lo más baja posible!

Respuesta simplificada relacionada principalmente con amplificadores de audio: -

Un amplificador de audio con una impedancia de salida baja puede entregar mayores potencias a su altavoz de manera más eficiente que un amplificador con una impedancia de salida más alta. Por lo tanto, encontrará que los amplificadores de audio tienen impedancias de salida medidas en menos de 1 ohmio y, en muchos casos, en miliohmios.

Por otro lado, una señal débil y débil de (digamos) un micrófono no quiere tener problemas para alimentar su señal a un amplificador con una impedancia de entrada demasiado baja; esto puede potencialmente (y significativamente) atenuar la señal y requerir mayor niveles de amplificación para compensar, aumentando así la captación de ruido, etc.

Si las impedancias de un amplificador de potencia de audio se invirtieran, como usted sugiere, podría producir una señal más ruidosa en el altavoz y sería ineficiente desde el punto de vista energético hasta el punto de que se calentaría significativamente al generar el nivel de sonido equivalente del altavoz.

Hay otros problemas con las impedancias de entrada bajas en las que puede ocurrir una remodelación de la respuesta de frecuencia de algunos micrófonos. Esto también se aplica a la alta impedancia de salida: los matices electromecánicos del altavoz pueden hacer que algunas señales parezcan más fuertes de lo que deberían ser.

Aparte, hay muchos amplificadores que tienen una impedancia de entrada bastante baja y, por lo general, se encuentran en el campo de RF, donde es necesario igualar las impedancias para evitar los reflejos de la señal.

Sin duda, hay otros ejemplos que me he perdido.

La retroalimentación negativa se utiliza para 'linealizar' la salida de un amplificador. Un amplificador es lineal si su salida es una copia amplificada exacta de la entrada. Si un amplificador no es lineal , la salida está distorsionada. La distorsión lineal es una de las especificaciones que se dan para cualquier buen amplificador de audio.

Un efecto secundario de la retroalimentación negativa es que, en configuraciones comunes, crea una salida de baja impedancia. Independientemente de la carga que coloque en el amplificador, el voltaje de salida es el mismo: el voltaje de salida se retroalimenta a la entrada para linealizar el amplificador, y eso hace que el voltaje de salida sea insensible a las condiciones de carga.

Entonces: los buenos amplificadores usan retroalimentación negativa: la retroalimentación de voltaje es común: los buenos amplificadores comúnmente tienen baja impedancia de salida.

La respuesta de voltaje de algunas cargas (particularmente los altavoces) es bastante no lineal y bastante sensible a la frecuencia. Por esta razón, algunos ingenieros de audio consideran que los amplificadores de salida de alta impedancia, es decir, los amplificadores de control de corriente, son superiores a los amplificadores de audio de salida de baja impedancia.

Los amplificadores de alta impedancia de salida no son necesariamente menos eficientes en la transferencia de energía a los altavoces (los altavoces fuertes suenan mejor que los suaves) y no son inherentemente menos eficientes en la transferencia de energía de la fuente de alimentación a los altavoces (energía eléctrica en ese caso). la cantidad es barata de todos modos), pero los circuitos de detección de corriente siempre han sido un poco más difíciles, un poco más caros y un poco menos lineales que los circuitos de detección de voltaje.

Es deseable minimizar el efecto de carga ya sea cuando el amplificador (voltaje) se usa para controlar un circuito o cuando está siendo controlado por algún otro circuito.