پل‌زنی امپدانس

در مهندسی صدا و ضبط‌کردن صوت، یک پل‌زنی امپدانس بالا (به انگلیسی: high impedance bridging)، پل‌زنی ولتاژ (به انگلیسی: voltage bridging) یا به‌طور خلاصه اتصال پل‌زنی (به انگلیسی: bridging)، اتصالی است که در آن امپدانس بار بسیار بزرگتر از امپدانس منبع است.^[۱]^[۲]^[۳] بار، ولتاژ منبع را در حالی که حداقل جریان را می‌کشد یا بر آن تأثیر می‌گذارد، اندازه‌گیری می‌کند. گویا مقاومت بار، مقاومت منبع را نمی‌بیند و از روی آن پل‌می‌زند.

توضیح

وقتی خروجی یک دستگاه (که در تصویر شامل منبع ولتاژ V_S و امپدانس خروجی Z_S است) به ورودی دستگاه دیگری (امپدانس بار Z_L در تصویر) متصل شود، این دو امپدانس، یک مقسم ولتاژ تشکیل می‌دهند:

V_{L}={\frac {Z_{L}}{Z_{S}+Z_{L}}}V_{S}\,.

می‌توان سطح سیگنال V_L را با استفاده از منبع ولتاژی که امپدانس خروجی Z_S آن تا حد امکان کوچک باشد و با استفاده از دستگاه گیرنده‌ای که امپدانس ورودی Z_L آن تا حد امکان بزرگ باشد، به حداکثر رساند. وقتی که $Z_{L}\gg Z_{S}$ (معمولاً حداقل ده برابر)، به این اتصال پل‌زنی می‌گویند و اثرات متعددی دارد^[۴] از جمله:

مزایا:
- تضعیف ۶ دسی‌بل ناشی از تطبیق امپدانس را کاهش می‌دهد، که با کاهش میزان تقویت جبرانی مورد نیاز^[۵] و با حفظ نسبت سیگنال به نویز بالا، به این امر کمک می‌کند.^[۶]^[۴] با این حال، می‌توان به جای آن از یک ترانسفورماتور برای تطبیق امپدانس و ارائه سیگنال به نویز بهتر استفاده کرد. و تضعیف ۶ دسی‌بل را می‌توان به راحتی در تقویت‌کننده جبران کرد.
- اتصال چندین بار به یک منبع را تسهیل می‌کند.^[۵]
- جریان کشیده شده از دستگاه منبع را کاهش می‌دهد، که به جلوگیری از هدر رفتن توان و کاهش اعوجاج کمک می‌کند. جریان کمتر از طریق سیم همچنین تلفات مقاومتی را کاهش می‌دهد.^[۴]
معایب:
- افزایش Z_L احتمالاً باعث افزایش دریافت نویز محیطی می‌شود، زیرا امپدانس موازی ترکیب‌شدهٔ Z_S || Z_L (که تحت سلطه Z_S است) کمی افزایش می‌یابد، که باعث می‌شود نویز سرگردان راحت‌تر گره سیگنال را راه‌اندازی کند.
- بازتابش سیگنال از تغییر امپدانس. با این حال، برای فرکانس‌های صوتی، یک چهارم طول موج در ۲۰ کیلوهرتز تقریباً ۲۵۰۰ متر است، بنابراین مدارهای صوتی در استودیوها هرگز به خطوط انتقال واقعی تبدیل نمی‌شوند.^[۴]

کاربردها

محدود کردن تضعیف سیگنال ولتاژ

پل امپدانس معمولاً برای جلوگیری از تضعیف ولتاژ غیرضروری و جریان‌کشی در اتصالات سطح خط یا میکروفون استفاده می‌شود، جایی که دستگاه منبع دارای امپدانس خروجی غیرقابل تغییر Z_S است. خوشبختانه، امپدانس ورودی Z_L مدارهای تقویت‌کننده عملیاتی نوین (و بسیاری از مدارهای لامپ خلاء قدیمی) اغلب به‌طور طبیعی بسیار بالاتر از امپدانس خروجی این منابع سیگنال است و بنابراین به‌طور طبیعی برای پل‌زنی امپدانس هنگام دریافت و تقویت این سیگنال‌های ولتاژ مناسب هستند. امپدانس خروجی ذاتاً پایین‌تر طراحی‌های مدار نوین، پل‌زنی امپدانس را تسهیل می‌کند.^[۴]

برای دستگاه‌هایی با امپدانس خروجی بسیار بالا، مانند پیکاپ گیتار یا میکروفون با Z بالا، یک باکس DI می‌تواند با تبدیل امپدانس‌های خروجی بالا به امپدانس پایین‌تر، به پل‌زنی امپدانس کمک کند تا دستگاه گیرنده نیازی به امپدانس ورودی فوق‌العاده بالا نداشته باشد (که در صورت استفاده از کابل‌های طولانی، با مشکلاتی مانند افزایش نویز مواجه می‌شود). باکس DI نزدیک به دستگاه منبع قرار می‌گیرد، بنابراین هر کابل بلندی را می‌توان به خروجی باکس DI متصل کرد (که معمولاً سیگنال‌های نامتعادل را نیز به سیگنال‌های متعادل تبدیل می‌کند تا ایمنی در برابر نویز را بیشتر افزایش دهد).

افزایش بازدهی الکتریکی

منحنی قرمز، توان بار است که نسبت به حداکثر توان ممکن (که زمانی رخ می‌دهد که ${\textstyle R_{\mathrm {L} }=R_{\mathrm {S} }}$ ) نرمال شده است. منحنی آبی تیره، بازدهی انتقال توان $η$ است که به صورت مجانبی به حداکثر ۱۰۰٪ نزدیک می‌شود، همان‌طور که نسبت ${\textstyle R_{\mathrm {L} }/R_{\mathrm {S} }}$ افزایش می‌یابد.

همان‌طور که در قضیه انتقال توان بیشینه § حداکثرسازی انتقال توان درمقابل بازدهی توان، بازدهی $η$ برای تحویل توان به یک امپدانس بار به‌طور خالص مقاومتی $R L$ از یک منبع ولتاژ با امپدانس خروجی به‌طور خالص مقاومتی $R S$ برابر است با: $\eta ={\frac {1}{1+R_{\mathrm {S} }/R_{\mathrm {L} }}}\,.$ این بازده را می‌توان با استفاده از پل‌زنی امپدانس، با کاهش $R S$ ویا با افزایش $R L$ افزایش داد.

با این حال، برای انتقال حداکثر توان از منبع به بار، طبق قضیه انتقال حداکثر توان، باید از تطبیق امپدانس استفاده شود.

جستارهای وابسته

منابع

↑ Eargle, John; Foreman, Chris (2002-01-01). Audio Engineering for Sound Reinforcement (به انگلیسی). Hal Leonard Corporation. ISBN 978-0-634-04355-0. In all modern usage the microphone looks into an impedance in the 2000 ohm range or higher, and this represents what is called a bridging load, one which is effectively an open circuit load for the microphone.
↑ Davis, Gary D.; Jones, Ralph (1989-01-01). The Sound Reinforcement Handbook (به انگلیسی). Hal Leonard Corporation. ISBN 978-0-88188-900-0. A circuit where the input termination impedance is a minimum of some 10 times the source impedance of the output driving that input is said to be a bridging input
↑ Holman, Tomlinson (2012-11-12). Sound for Film and Television (به انگلیسی). Taylor & Francis. ISBN 978-1-136-04609-4. In the case of bridging systems, we say the source impedance is low and the load impedances are high
1 2 3 4 5 Hess, Richard (1980). "Voltage Transmission for Audio Systems". www.richardhess.com. Archived from the original on 2020-02-20. Retrieved 2022-06-16. خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «:1» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
1 2 Duncan, Ben (1985-04-01). "Interfacing The Line". Home & Studio Recording (Apr 1985): 56–58. Archived from the original on 2021-06-14.
↑ Duncan, Ben (1984-08-01). "Mating Microphones". Home & Studio Recording (Aug 1984): 46–47. Archived from the original on 2020-09-18.

[1] Eargle, John; Foreman, Chris (2002-01-01). Audio Engineering for Sound Reinforcement (به انگلیسی). Hal Leonard Corporation. ISBN 978-0-634-04355-0. In all modern usage the microphone looks into an impedance in the 2000 ohm range or higher, and this represents what is called a bridging load, one which is effectively an open circuit load for the microphone.

[2] Davis, Gary D.; Jones, Ralph (1989-01-01). The Sound Reinforcement Handbook (به انگلیسی). Hal Leonard Corporation. ISBN 978-0-88188-900-0. A circuit where the input termination impedance is a minimum of some 10 times the source impedance of the output driving that input is said to be a bridging input

[3] Holman, Tomlinson (2012-11-12). Sound for Film and Television (به انگلیسی). Taylor & Francis. ISBN 978-1-136-04609-4. In the case of bridging systems, we say the source impedance is low and the load impedances are high

[:1-4] 1 2 3 4 5 Hess, Richard (1980). "Voltage Transmission for Audio Systems". www.richardhess.com. Archived from the original on 2020-02-20. Retrieved 2022-06-16. خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «:1» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).

[:0-5] 1 2 Duncan, Ben (1985-04-01). "Interfacing The Line". Home & Studio Recording (Apr 1985): 56–58. Archived from the original on 2021-06-14.

[6] Duncan, Ben (1984-08-01). "Mating Microphones". Home & Studio Recording (Aug 1984): 46–47. Archived from the original on 2020-09-18.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]

[۶]