L’impedenza cos’è?
Introduzione
Chiariamo il mistero in questo articolo.
Nei prossimi articoli tratteremo l’ impedenza di uscita degli alimentatori e dobbiamo chiarire il concetto.
La trattazione sarà un minimo semplificata in quanto non useremo la rappresentazione sul piano complesso (1).
La teoria
Il termine impedenza viene usato nel linguaggio di tutti i giorni confondendo la definizione elettrica con l’ uso comune del termine.
Lo studio dei fondamentali dell’ elettrotecnica e elettronica permette di comprendere intimamente i fenomeni che avvengono nei nostri circuiti.
In termini elettrici l’ impedenza viene definita come il rapporto fra la tensione ai capi di un bipolo e la corrente che lo attraversa secondo la relazione :
Z = V / I dove
Z = impedenza misurata in Ohm
V = tensione ai capi del dispositivo misurata in Volt
I = corrente attraverso il dispositivo misurata in Ampere
Questa definizione può essere applicata a qualsiasi dispositivo a due terminali quali una resistenza, un condensatore oppure una pista di massa.
Per un dispositivo a due terminali l’ impedenza viene definita come nella figura sotto:
Se ad esempio abbiamo 50 V ai capi del dispositivo e questo viene
attraversato da una corrente di 1 A, otteniamo Z = 50 / 1 = 50 Ohm
Indipendentemente dal tipo di dispositivo a cui ci si riferisce l’ impedenza viene sempre misurata in Ohm, sia nel domino della frequenza che del tempo.
Un aspetto dell’ impedenza su cui spesso si fa confusione è di pensare che sia puramente resistiva, nel caso di una resistenza ideale i due valori coincidono Z = R
A parità di tensione applicata intuitivamente scorre “poca” corrente se l’ impedenza è alta e viceversa.
Oltre che alla singola resistenza il concetto di impedenza viene applicato nella tecnica ad un condensatore ideale, un’ induttanza ideale, un cablaggio.
A volte in questo caso si parla di impedenza AC.
Esistono due concetti estremi di impedenza:
● dispositivo aperto a parità di tensione applicata non circola corrente Z = 1 / 0 = Ω infiniti (non misurabili)
● dispositivo in cortocircuito circola una corrente molto alta Z = 0 / 1 = 0 Ω
Simulazione
Simulare il profilo di impedenza di diversi tipi di circuito è essenziale nella progettazione delle alimentazioni.
Questi circuiti sono facilmente analizzabili con LTSpice e QUCS che sono programmi “free”.
In alcuni casi può essere utile anche SIMetrix/SIMPLIS Elements che è la versione di valutazione.
Come vediamo nella figura sopra basta usare un generatore di corrente costante settato in ac per una corrente di 1A e fase 0.
La tensione ai capi del generatore di corrente dipende dall’ impedenza del carico R2 (che in questo caso usiamo per indicare un impedenza generica).
La tensione vale:
V = I(f) x Z(f) = 1 x Z(f) = Z(f)
Dove:
V = tensione generata ai capi del generatore di corrente in Volt
I(f) = corrente del generatore, 1 A costante in regime sinusoidale
Z(f) = impedenza connessa ai capi del generatore, misurata in Ohm
La corrente di 1 A permette di leggere l’ impedenza direttamente in Ohm al variare della frequenza.
R1 da 1 TOhm collegata ai capi del generatore di corrente serve ad impedire a Spice segnalare un errore. Spice necessita di avere un percorso in DC verso massa per ogni nodo.
Applicazioni
Ogni alimentatore (lineare o switching che sia) ha una sua impedenza di uscita che varia in funzione della frequenza. Questo è fondamentale per valutarne il suo funzionamento in termini statici e dinamici.
A noi interessa capirne l’ influenza in campo audio quindi svilupperemo il concetto in una serie di articoli.
Spiegando il comportamento dei regolatori in esame con una serie di simulazioni applicate ad alimentatori reali.
Successivamente faremo una serie di misure di verifica in attesa dei relativi video.
Dove procurarsi i PCB?
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Saluti Tiziao
Note
(1) Per una definizione più classica fare riferimento ai testi sacri di elettrotecnica