{"id":401,"date":"2020-08-13T18:41:47","date_gmt":"2020-08-13T16:41:47","guid":{"rendered":"https:\/\/www.brunopelle.it\/?p=401"},"modified":"2020-08-13T18:41:48","modified_gmt":"2020-08-13T16:41:48","slug":"misura-impedenza-di-ingresso-e-uscita-di-un-circuito-amplificatore-di-segnale-audio","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.brunopelle.it\/?p=401","title":{"rendered":"Misura impedenza di ingresso e uscita di un circuito amplificatore di segnale audio"},"content":{"rendered":"\n

Conoscere l’impedenza di ingresso e di uscita di un preamplificatore, un amplificatore o altro circuito elettronico semplifica la scelta degli accoppiamenti dei componenti nella realizzazione di una catena hi fi. La corretta connessione dell’impedenza di uscita e entrata tra i componenti elettronici consente di mantenere la qualit\u00e0 del segnale audio che li attraversa. Non sempre nelle apparecchiature elettroniche in commercio questi valori sono dichiarati. Cos\u00ec come \u00e8 importante rilevarli anche nelle nostre realizzazioni. Per conoscere l’impedenza di ingresso e uscita di un circuito amplificatore di segnale audio la misura non pu\u00f2 essere fatta direttamente, almeno nell’ambito di utilizzo di strumenti economici, ma deve essere calcolata rilevando la tensione ai capi di un carico d’ingresso per l’impedenza di ingresso (fig.1) e la tensione in uscita a vuoto e con carico per l’impedenza di uscita ( fig.2). Ovviamente il risultato non sar\u00e0 di alta precisione, ma comunque sufficiente per darci un’indicazione sulla compatibilit\u00e0 delle apparecchiature che vogliamo connettere.<\/p>\n\n\n\n

Per le misure il minimo che ci serve \u00e8 un multimetro digitale, una resistenza tra 1000 e 10000 ohm, una resistenza tra 50 e 500 ohm, un segnale audio sinusoidale e dei connettori. Il valore preciso delle resistenze possiamo rilevarlo con il multimetro. Il segnale audio possiamo ottenerlo anche dallo smartphone. Ci sono diverse app. in proposito. Una maggiore precisione nelle misure si pu\u00f2 ottenere utilizzando un generatore di funzioni per l’onda sinusoidale e un oscilloscopio per la misura. L’oscilloscopio ci consente anche di controllare la forma d’onda in uscita dal dispositivo elettronico.<\/p>\n\n\n\n

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Cavetto RCA con resistore<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
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Schema misura impedenza di ingresso e di uscita<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Proviamo ad effettuare la misura di impedenza di ingresso (ZIN<\/sub><\/small><\/strong>) di un preamplificatore: per prima cosa andremo a procurarci un connettore RCA maschio dove sul polo caldo salderemo la resistenza da 10000 ohm e sulla resistenza uno spezzone di cavo. Un altro spezzone di cavo lo salderemo sulla massa del connettore RCA. Disponendo del generatore di segnale imposteremo un’onda sinusoidale a 1000 Hz con uscita tra 200 – 400 mv. Accendiamo il preamplificatore, ruotiamo il volume al massimo e inviamo il segnale audio del generatore all’ingresso linea. Effettuiamo le misure V1 e V2 col multimetro digitale impostato su VA (tensione alternata). A questo punto, conoscendo il valore del resistore R1 che abbiamo misurato in precedenza, possiamo calcolare il valore dell’impedenza di ingresso (Z) risolvendo la formula in figura 1.<\/p>\n\n\n\n

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Misura impedenza di ingresso<\/h2>\n\n\n\n\n\t\n\n\t
F (Hz)<\/th>Volt a vuoto (V1)<\/th>Volt carico (V2)<\/th>Res. carico (ohm)<\/th>Impedenza (ohm)<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
1000<\/td>1,805<\/td>1,705<\/td>10500<\/td>179,02<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\nValori rilevati con multimetro digitale<\/span>\n<\/p>\n\n\n\n
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Andamento impedenza di uscita del preamplificatore oggetto del test.<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
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Semplice kit preparato per la misura dell’impedenza di uscita con 2 resistori. Uno da 47 ohm 2 watt e uno da 1k ohm da 1\/4 di watt<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Per la misura dell’impedenza di uscita (ZOUT<\/sub><\/small><\/strong>) utilizziamo sempre un connettore RCA dove andremo a saldare una resistenza, ad esempio, da 100 ohm sul pin centrale e un pezzo di filo sulla massa. Inseriamo il connettore RCA nell’uscita destra o sinistra del preamplificatore. Posizioniamo il cavo positivo del multimetro terminato con un morsetto a coccodrillo all’uscita del pin positivo del connettore RCA (prima della resistenza). Selezioniamo la lettura VA sul multimetro. Colleghiamo il cavetto di massa del multimetro alla massa del connettore RCA. Inviamo il solito segnale sinusoidale nell’ingresso linea del canale del preamplificatore sottoposto a misura. Regoliamo il livello in modo da avere in uscita circa 1 volt (lo leggiamo sul multimetro gi\u00e0 collegato) e annotiamo la prima misura (V1). Cortocircuitiamo la resistenza di carico a massa e leggiamo la seconda lettura (V2). A questo punto sar\u00e0 sufficiente risolvere la formula della figura 2 per avere il valore dell’impedenza (Z). Per il carico si pu\u00f2 usare un resistore che va dai 50 ai 1000 ohm. Nella tabella che segue ho effettuato la misura di un mio preamplificatore utilizzando come carico un resistore da 47 ohm. Rilevando la misura su diverse frequenze ho ricavato il grafico 1. <\/p>\n\n\n\n

Misura impedenza uscita<\/h2>\n\n\n\n\n\t\n\n\t\n\t\n\t\n\t\n\t\n\t
F ( Hz)<\/th>Volt a vuoto (V1)<\/th>Volt con carico (V2)<\/th>Carico ohm (R)<\/th>Impedenza (ohm)<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
20<\/td>1,088<\/td>0,855<\/td>47<\/td>12,81
\n<\/td>\n<\/tr>\n
100<\/td>1,088<\/td>0,857<\/td>47<\/td>12,67
\n<\/td>\n<\/tr>\n
1000<\/td>1,083<\/td>0,851<\/td>47<\/td>12,81
\n<\/td>\n<\/tr>\n
10000<\/td>1,084<\/td>0,849<\/td>47<\/td>13,01<\/td>\n<\/tr>\n
20000<\/td>1,073<\/td>0,835<\/td>47<\/td>13,40
\n<\/td>\n<\/tr>\n
30000<\/td>1,062<\/td>0,823<\/td>47<\/td>13,65<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\nValori rilevati con multimetro digitale<\/span>\n<\/p>\n\n\n\n
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Calcola impedenza<\/a><\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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In una passeggiata sotto il bosco lungo una strada sterrata leggermente in salita, il nostro peso rappresenta la resistenza al nostro avanzare assieme al vento che variando di intensit\u00e0 e provenienza incide sulla frequenza dei nostri passi e nella linea del nostro cammino.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Impedenza<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Z<\/strong>=impedenza in ohm; V<\/strong>=tensione in Volt: I<\/strong>=corrente in Ampere; R<\/strong>=resistenza in ohm<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

L’impedenza indica il valore dell’opposizione complessiva di un circuito alla corrente, in altre parole: quanto il circuito impedisce il flusso di carica. L’impedenza \u00e8\u2019 simile alla resistenza, ma tiene conto dell’effetto della capacit\u00e0 e dell’induttanza. L’impedenza si misura in ohm. L’impedenza \u00e8 pi\u00f9 complessa della resistenza perch\u00e9 l’effetto della capacit\u00e0 e dell’induttanza variano con la frequenza della corrente che attraversa il circuito per cui possiamo dire che l’impedenza varia con la frequenza. La resistenza, invece, rimane costante indipendentemente dalla frequenza della corrente che attraversa il circuito.<\/p>\n\n\n\n

Impedenza <\/strong>– Z<\/h2>\n\n\n\n

L’impedenza si divide in:<\/p>\n\n\n\n

  • Resistenza R (la parte che rimane costante indipendentemente dalla frequenza<\/em>)<\/li>
  • Reattanza X (la parte che varia con la frequenza a causa della capacit\u00e0 e dell’induttanza<\/em>)<\/li><\/ul>\n\n\n\n
    \"\"
    Xc<\/strong>=reattanza capacitiva in ohm; f<\/strong>=frequenza in Hertz; C<\/strong>=capacit\u00e0 in farad; XL<\/strong>=reattanza induttiva in ohm; L<\/strong>= induttanza in herny<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

    La capacit\u00e0 e l’induttanza causano uno sfasamento <\/strong>tra corrente e tensione, il che dimostra che la resistenza e la reattanza non possono essere semplicemente sommate per dare il valore dell\u2019impedenza ma devono essere aggiunti come vettori con la reattanza ad angolo retto rispetto alla resistenza ( fig.3). Quattro grandezze elettriche, quindi, determinano l’impedenza (Z) di un circuito: resistenza (R), capacit\u00e0 \u00a0(C), induttanza (L) e frequenza (f).<\/p>\n\n\n\n

    Lo sfasamento si verifica quando la corrente e la tensione sono discordanti tra loro. Esempio nella carica di un condensatore: quando la tensione che attraversa il condensatore \u00e8 zero, la corrente \u00e8 al massimo; quando il condensatore si \u00e8 caricato e la tensione \u00e8 al massimo, la corrente \u00e8 al minimo. La carica e la scarica si verificano continuamente con CA e la corrente raggiunge il suo massimo poco prima che la tensione raggiunga il suo massimo: quindi possiamo dire che la corrente porta la tensione.<\/p>\n\n\n\n

    Reattanza – X<\/h2>\n\n\n\n
    \"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

    La reattanza<\/strong> \u00e8 la misura dell’opposizione di capacit\u00e0 e induttanza alla corrente. La reattanza varia con la frequenza del segnale elettrico. La reattanza si misura in ohm.<\/p>\n\n\n\n

    Esistono due tipi di reattanza: reattanza capacitiva (Xc) e reattanza induttiva (XL<\/sub>).<\/p>\n\n\n\n

    La<\/strong> reattanza totale<\/strong> \u00e8 la differenza<\/em> tra i due.<\/p>\n\n\n\n

    Reattanza capacitiva<\/strong> – La reattanza capacitiva \u00e8 grande alle basse frequenze e piccola alle alte frequenze. Per CC costante con frequenza zero (f = 0Hz), Xc \u00e8 infinita (opposizione totale), il che significa che i condensatori lasciano passare la CA ma bloccano CC. Ad esempio un condensatore da 1\u00b5F ha una reattanza di 7,96k \"ohm\" per un segnale con frequenza di 20Hz, ma se la frequenza \u00e8 di 10kHz la sua reattanza \u00e8 15,92 ohm per scendere a 7,96 ohm se la frequenza \u00e8 di 20Khz.<\/p>\n\n\n\n

    Reattanza induttiva <\/strong>– La reattanza induttiva \u00e8 piccola alle basse frequenze ed \u00e8 grande alle alte frequenze. Per CC costante (frequenza zero), XL<\/sub> \u00e8 zero (nessuna opposizione), il che significa che gli induttori lasciano passare la CC ma bloccano la CA ad alta frequenza .<\/p>\n\n\n\n

    Impedenza di ingresso<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

    L’impedenza di ingresso<\/strong> (ZIN<\/sub> ) \u00e8 l’impedenza “vista” da qualsiasi componente connesso all’ingresso di un circuito o dispositivo (come un amplificatore). \u00c8 l’effetto combinato di tutte le resistenze, capacit\u00e0 e induttanze collegate all’ingresso dentro il circuito o dispositivo. Si usa il termine “impedenza di ingresso” anche per casi semplici in cui vi \u00e8 solo resistenza e dove si potrebbe usare il termine “resistenza di ingresso”. In effetti \u00e8 ragionevole supporre che l’impedenza di ingresso sia solo una resistenza, a condizione che il segnale di ingresso abbia una frequenza inferiore a 1kHz. L’effetto di capacit\u00e0 e induttanza variano con la frequenza, quindi, se sono presenti, l’impedenza di ingresso varier\u00e0 con la frequenza. L’effetto della capacit\u00e0 e dell’induttanza \u00e8 generalmente pi\u00f9 significativo alle alte frequenze. L’impedenza di ingresso di un circuito dovrebbe essere almeno dieci volte maggiore dell’impedenza di uscita del circuito (o componente) che fornisce il segnale d’ingresso. Ci\u00f2 garantisce che l’ingresso non “sovraccarichi” la sorgente del segnale e riduca l’intensit\u00e0 (tensione) del segnale in modo eccessivo.<\/p>\n\n\n\n

    Impedenza di uscita<\/h2>\n\n\n\n
    \"\"
    Circuito equivalente<\/strong> – Il carico pu\u00f2 essere l’impedenza di un altro circuito o un singolo componente<\/em> (es. altoparlante)<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

    L’uscita di qualsiasi circuito o dispositivo equivale a un’impedenza di uscita (ZOUT<\/sub> ) in serie ad una sorgente di tensione perfetta (VSOURCE<\/sub> ). Questo \u00e8 chiamato circuito equivalente<\/strong> (fig.4) e rappresenta l’effetto combinato di tutte le sorgenti di tensione, resistenza, capacit\u00e0 e induttanza collegate all’uscita dentro il circuito o dispositivo. \u00c8 normale usare il termine “impedenza di uscita” anche per casi semplici in cui esiste solo resistenza e si potrebbe usare, invece, il termine “resistenza di uscita”. In effetti \u00e8 ragionevole supporre che l’impedenza di uscita sia analoga alla resistenza, a condizione che il segnale di uscita abbia una frequenza inferiore a 1kHz.<\/p>\n\n\n\n

    L’effetto di capacit\u00e0 e induttanza varia con la frequenza, quindi s\u00e9 presente, l’impedenza di uscita varier\u00e0 con la frequenza. Capacit\u00e0 e induttanza hanno influenza maggiore alle alte frequenze. L’impedenza di uscita dovrebbe essere bassa, meno di un decimo dell’impedenza di carico collegata all’uscita. Se l’impedenza di uscita \u00e8 troppo elevata, non sar\u00e0 in grado di fornire un segnale sufficientemente forte al carico poich\u00e9 la maggior parte della tensione del segnale verr\u00e0 “persa” all’interno del circuito pilotando la corrente attraverso l’impedenza di uscita ( ZOUT<\/sub> ). Il carico pu\u00f2 essere un singolo componente o l’impedenza di ingresso di un altro circuito.<\/p>\n\n\n\n

    In conclusione per la corretta connessione delle apparecchiature elettroniche in relazione all’impedenza di ingresso (ZLOAD<\/sub>) e uscita (ZOUT<\/sub>) possiamo identificare tre condizioni:<\/p>\n\n\n\n

    1. Condizione migliore <\/strong>– bassa impedenza di uscita<\/em><\/strong> – quando l’impedenza di uscita (ZOUT<\/sub> ) \u00e8 minore dell’impedenza di carico (ZLOAD<\/sub> ). Questa condizione \u00e8 migliore perch\u00e9 la maggior parte della tensione (V SOURCE<\/sub>) appare attraverso carico e pochissima tensione viene “persa” pilotando la corrente di uscita attraverso l’impedenza di uscita.<\/li>
    2. Condizione limitata<\/strong> – impedenza abbinata<\/em><\/strong> – quanto l’impedenza di uscita ( ZOUT<\/sub> ) \u00e8 uguale all’impedenza di carico ZLOAD<\/sub> . Questa condizione \u00e8 alla pari in quanto met\u00e0 della tensione sorgente (VSOURCE<\/sub>) appare attraverso il carico, l’altra met\u00e0 viene “persa” pilotando la corrente di uscita attraverso l’impedenza di uscita. Questa disposizione \u00e8 utile in alcune situazioni (come un amplificatore che pilota un altoparlante) perch\u00e9 fornisce la massima potenza al carico . Si noti che una pari quantit\u00e0 di energia viene sprecata pilotando la corrente di uscita attraverso ZOUT<\/sub>.<\/li>
    3. Condizione insoddisfacente<\/strong> – alta impedenza di uscita<\/strong><\/em> – quando l’impedenza di uscita (ZOUT<\/sub> ) \u00e8 maggiore dell’impedenza di carico (ZLOAD<\/sub> ). Questa condizione diventa insufficiente in quanto solo una piccola parte di tensione sorgente (VSOURCE<\/sub> ) appare attraverso il carico, la maggior parte viene “persa” pilotando la corrente di uscita attraverso l’impedenza di uscita.<\/li><\/ol>\n\n\n\n

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