Medición de impedancia de entrada y salida

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Medición de impedancia de entrada y salida

Fuentes y cargas de pequeña señal

OBJETIVO:

El alumno aprenderá las técnicas básicas para medir impedancias características de los amplificadores y al mismo tiempo que se familiarice con el equipo de medición.

IMPEDANCIA DE ENTRADA, DE SALIDA Y DE CARGA

La impedancia, en términos generales, es la relación entre el voltaje y la corriente y se simboliza mediante la letra Z. Las unidades de impedancia son los ohms. En los circuitos de corriente directa, la impedancia es igual a la relación del voltaje de cd a la corriente de cd. Debido a que las resistencias son los únicos elementos efectivos en los circuitos de cd, la impedancia es exactamente igual a la resistencia de la parte del circuito en la que se determinan V e I.

En los circuitos de ca, se define a la impedancia como la relación del voltaje efectivo y la corriente efectiva en la parte del circuito que se esté considerando.

Sin embargo, en los circuitos de ca, la impedancia ya no es estrictamente resistiva. Como los capacitores y los inductores también contribuyen a la impedancia en los circuitos de ca, la impedancia contienen un componente reactivo y uno resistivo. Si se tiene un instrumento eléctrico y sehace una conexión con sus terminales de entrada o de salida, el instrumento presentara alguna impedancia característica visto desde estas terminales. Por conveniencia de análisis, siempre se puede reemplazar al instrumento, por esa impedancia (y con una fuente adecuada de voltaje, sí el instrumento contiene elementos activos, al igual que elementos pasivos). Si el instrumento es de medición, (como un medidor o un osciloscopio), la relación del voltaje entre sus terminales de entrada a la corriente que pasa a ellas, se llama la impedancia de entrada del instrumento.

Esta impedancia de entrada se puede medir si se conecta una fuente de voltaje entre las terminales de entrada y se mide la corriente que pasa a través del instrumento a un

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determinado de voltaje. Nótese que esta relación (y en consecuencia la impedancia de entrada) puede ser tan alta en algunos instrumentos que puede ser en realidad muy difícil de medir. Si las señales de entrada a un instrumento son cantidades de ca, Vente

Ient se refieren a los valores efectivos de las cantidades. Cabe mencionar que lo

anteriorsolamente se puede realizarsi se utiliza un multímetro TRUE RMS, de lo contrario es necesario utilizar métodos indirectos.

Determinación de la impedancia de entrada de un instrumento de medición con ayuda de una fuente de voltaje.

Se define la impedancia de salida de un dispositivo como

En la mayor parte de los casos será de interés en la impedancia de salida de dispositivos o instrumentos que contengan elementos activos y por lo mismo sirvan como fuentes de señal en los sistemas de medición (los instrumentos ydispositivos como fuentes de poder, osciladores, baterías amplificadores y transductores activos se ajustan a esta categoría).Para esas fuentes Vsal es el voltaje que aparece entre las

terminales de salida con circuito abierto del dispositivo. Isal es la corriente calculada

que pasaría si las terminales de salida fueran puestas en cortocircuito las terminales de salida. (Si se trata de medir a Isal de este modo se puede quemar la fuente.)

A continuación se muestra como se relacionan los conceptos de impedancia de entrada y de salida con el concepto de carga.

Los instrumentos que se emplean para medir el voltaje se conectan entre las terminales del elemento (en paralelo) o circuito que se está midiendo. Idealmente, un instrumento de medición no debería perturbar o cambiar los valores de la corriente y del voltaje en el circuito que se esté probando. En el caso de los dispositivos de medición de voltaje, los instrumentos no deben tomar corriente cuando se conecten a los dos puntos en que se esté midiendo el voltaje. Esta condición se satisface si el dispositivo de medición de voltaje apareciera al circuito de medición como un circuito abierto.

La impedancia de entrada del medidor de voltaje describe como la ve en realidad el circuito de prueba. Como un circuito abierto es equivalente a una impedancia infinita, el valor de la impedancia de entrada de un instrumento de medición de voltaje determinaraque tan estrechamente se acerca al ideal del circuito abierto. Sin embargo,

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como los instrumentos medidores de voltaje no son ideales, consumen algo de corriente del circuito que se está midiendo. Al efecto de consumir corriente se llama carga.

MEDICIÓN DE IMPEDANCIA DE ENTRADA ( Z

i

)

Para medir la impedancia de entrada de algún instrumento o circuito bajo prueba se utiliza la conexión mostrada en lasiguiente figura:

Habiendo mostrado el diagrama de conexión para medición de impedancia de entrada daremos el procedimiento para su medición.

Se regula la fuente de alimentación o generador a un nivel de voltaje y frecuencia adecuados (hay que recordar que el instrumento bajo prueba de medición de su impedancia interna puede cambiar con la frecuencia).

Se conecta una resistencia variable en serie con el instrumento al cual se le va a determinar su impedancia interna.

Se conecta en paralelo a la resistencia patrón un instrumento medidor de voltaje(osciloscopio o voltímetro).

Se enciende la fuente de alimentación y se modifica el valor de la resistencia variable hasta que el voltaje que caiga en ella sea exactamente la mitad del voltaje aplicado (VCH2 = VCH1/2).

El valor que haya adquirido la resistencia variable (desconectada y medida con un multímetro) será el valor de la resistencia interna o Zi del instrumento o

circuito bajo prueba.

Este método está fundamentado en que cuando dos resistencias son del mismo valor y conectados en serie la caída de voltaje en cada una de ellas es la mitad del voltaje aplicado.

Este método no es aconsejable para cuando se miden resistencias extremadamente altas ya que la misma resistencia interna del instrumento demedición alteraría los resultados.

NOTA:

Será de gran importancia la medición de la resistencia interna(ri) de nuestros instrumentos (generador, osciloscopio, etc.) para el buen funcionamiento de algunas de las próximas prácticas a desarrollar.

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Para medir la impedancia de salida de algún instrumento o circuito bajo prueba se conecta el circuito de la siguiente figura:

Para medir la impedancia de salida de un instrumento o circuito bajo prueba se realiza de la siguiente manera.

Se medirá la salida de voltaje del circuito o instrumento bajo prueba con un instrumento medidor de voltaje (osciloscopio) este tendrá que ser de dos maneras que serán las siguientes:

a)Medir el voltaje(Vs) del instrumento bajo prueba, sin carga, esto significa sin RLya que Vs será un dato para determinar Zo.

b)Después de medir nuestro instrumento sin RL tendremos que conectar una

RL conocida por nosotros que tenga un valor comercial no mayor a 1

k en paralelo con nuestro instrumento bajo prueba y con esto determinaremos VLcon elcual obtendremos Zo de la siguiente manera:

donde:

RL.-Resistencia de carga

VS.-Voltaje de salida sin carga

VL.-Voltaje de salida con carga

rs.-Resistencia igual a la impedancia de salida Esta ecuación se obtuvo como sigue:

Tendremos por división de voltaje que

por lo tanto

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Así tendremos que rs será igual a

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