Por que é desejável em um amplificador ter alta impedância de entrada e baixa impedância de saída?

Aprendi que é desejável em um amplificador ideal ter alta impedância de entrada e baixa impedância de saída. Por que exatamente? Quais são as implicações de um amplificador com a impedância de entrada oposta baixa e alta impedância de saída.

Eu não entendo exatamente como entrada e saída de impedância.

Na verdade, a premissa da sua pergunta só é verdadeira se os sinais nos quais você está interessado são voltagens. Nesse caso, se o amplificador não receber corrente através de sua entrada (tem impedância de entrada infinita ou pelo menos muito alta), conectá-lo a uma fonte não afetará a tensão do sinal, independentemente da impedância da fonte.

Da mesma forma, quando você conecta uma carga à saída do seu amplificador, se o amplificador tiver impedância de saída zero, a tensão do sinal não será alterada, independentemente da corrente consumida pela carga.

Essas propriedades facilitam muito a análise do comportamento geral do sistema.

No entanto, se os sinais nos quais você está interessado são correntes e não tensões, você deseja que o seu amplificador tenha impedância de entrada zero e impedância de saída infinita pelos mesmos motivos.

O amplificador ideal não deve extrair nenhuma corrente de sua entrada. Assumindo um amplificador de duas entradas, a corrente do sinal nas duas sondas de entrada é zero. Em outras palavras, a impedância de entrada deve ser infinita!

$A(v_2-v_1)$

Para um amplificador real, a impedância de entrada deve ser a maior possível, enquanto a impedância de saída deve ser a mais baixa possível!

Resposta simplificada relacionada principalmente a amplificadores de áudio: -

Um amplificador de áudio com baixa impedância de saída pode fornecer maiores potências ao seu alto-falante com mais eficiência do que um amplificador com maior impedância de saída. Assim, você descobrirá que os amplificadores de áudio têm impedâncias de saída medidas em menos de 1 ohm e em muitos casos em mili-ohms.

Por outro lado, um sinal fraco e débil de (digamos) um microfone não quer lutar para alimentar seu sinal em um amplificador com uma impedância de entrada muito baixa - isso pode potencialmente (e significativamente) atenuar o sinal e exigir maior níveis de amplificação para compensar, aumentando assim a captação de ruído etc.

Se as impedâncias de um amplificador de potência de áudio fossem revertidas, como você sugere, isso produziria um sinal de ruído no alto-falante e seria ineficiente em termos de energia, a ponto de ficar significativamente mais quente ao gerar o nível de som equivalente do alto-falante.

Existem outros problemas com baixas impedâncias de entrada, pois pode ocorrer a remodelagem da resposta de frequência de alguns microfones. Isso também se aplica à alta impedância de saída - as nuances eletromecânicas do alto-falante podem fazer com que alguns sinais pareçam mais altos do que deveriam.

Como um aparte, há muitos amplificadores que não têm uma impedância de entrada bastante baixo e estes são normalmente na área de RF onde você precisa combinar impedâncias para evitar reflexos de sinais.

Sem dúvida, existem outros exemplos que eu perdi.

Feedback negativo é usado para 'linearizar' a saída de um amplificador. Um amplificador é linear se sua saída for uma cópia amplificada exata da entrada. Se um amplificador não for linear , a saída será distorcida. Distorção linear é uma das especificações fornecidas para qualquer bom amplificador de áudio.

Um efeito colateral do feedback negativo é que, em configurações comuns, ele cria uma saída de baixa impedância. Independentemente da carga que você coloca no amplificador, a tensão de saída é a mesma: a tensão de saída é realimentada na entrada para linearizar o amplificador e isso torna a tensão de saída insensível às condições de carga.

Assim: bons amplificadores usam feedback negativo: feedback de tensão é comum: bons amplificadores geralmente têm baixa impedância de saída.

A resposta de tensão de algumas cargas (principalmente as caixas acústicas) é bastante não linear e bastante sensível à frequência. Por essa razão, os amplificadores de saída de alta impedância, ou seja, os amplificadores de acionamento de corrente, são considerados por alguns engenheiros de áudio superiores aos amplificadores de áudio de saída de baixa impedância.

Os amplificadores com alta impedância de saída não são necessariamente menos eficientes na transferência de energia para os alto-falantes (os alto-falantes são intrinsecamente melhores do que os suaves) e não são inerentemente menos eficientes na transferência de energia da fonte de alimentação para os alto-falantes (a energia elétrica nesse de qualquer forma, a quantidade é barata), mas os circuitos com detecção de corrente sempre foram um pouco mais difíceis, um pouco mais caros e um pouco menos linear do que os circuitos com detecção de tensão.

É desejável minimizar o efeito de carga quando o amplificador (tensão) é usado para acionar um circuito ou quando está sendo acionado por algum outro circuito.