Versterker In- en Uitgangsimpedantie Analyse

Invoertimpedantie in transistorversterkers varieert merkbaar met schakeltopologie en biasing. Hoewel de ware impedantie complex en frequentie-afhankelijk is, geven praktische benaderingen duidelijke richtlijnen voor de drie basisconfiguraties.

Voor de common-collector (emitter-volger) is de invoerweerstand simpelweg de emitterweerstand vermenigvuldigd met de stroomversterking:

Rin = \beta RE

In een common-emitter trap is de situatie iets meer ingewikkeld omdat de interne emitterweerstand, r_ee, overwogen moet worden:

Interne emitterweerstand wordt gegeven door:

ree = \dfrac{KT}{IE}\quad \text{waarbij}\quad K = 1,38\times10^{-23}\,\text{W·s/K},\;T \approx 300\,\text{K}

Voor siliciumtransistoren vereenvoudigt de constante tot ongeveer 26 mV per milliampere emitterstroom:

ree \approx \dfrac{26\,\text{mV}}{IE\,(\text{A})}

Dus is de invoerweerstand van een common-emitter trap:

Rin = \beta\,ree

Voorbeeld: Met \beta = 100 en een emitterbias van 1 mA,

ree = \dfrac{26\,\text{mV}}{1\,\text{mA}} = 0,26\,\Omega
Rin = 100 \times 0,26\,\Omega = 26\,\Omega

Voor een nauwkeurigere schatting in een common-collector trap die een externe emitterweerstand R_E bevat, wordt de invoerweerstand:

Rin = \beta\,(RE + ree)

Deze zelfde expressie geldt ook voor een common-emitter configuratie die een emitterweerstand bevat.

De common-base configuratie heeft een merkbaar lagere invoerimpedantie, essential gelijk aan de interne emitterweerstand:

Rin = ree

Hoge invoerimpedantie maakt de common-collector ideaal voor het aansturen van hoge-impedantie bronnen zoals kristal- of keramische microfoons. De lage invoerimpedantie van de common-base is nuttig in RF-toepassingen waar een 50 Ω coaxiale voeding moet worden aangepast. De common-emitter trap biedt een matige invoerimpedantie, wat het geschikt maakt voor mid-range bronnen zoals dynamische microfoons.

Uitgangsimpedanties voor de drie basisconfiguraties zijn samengevat in de onderstaande figuur. De matige uitgangsimpedantie van de common-emitter trap verklaart zijn populariteit voor algemene versterkingstaken. De zeer lage uitgangsimpedantie van de common-collector trap wordt benut voor impedantie-aanpassing, bijvoorbeeld in transformatorloze aansluitingen op een 4 Ω luidspreker. Gesloten-vorm expressies voor uitgangsweerstand bestaan, maar zijn complexer; zie R. Victor Jones' afleidingen (zie referentie [RVJ]).

Versterkereigenschappen aangepast uit de GE Transistor Handleiding, Figuur 1.21.

Overzicht

• Raadpleeg de bovenstaande figuur voor een visuele vergelijking van in- en uitgangsimpedanties.

Gerelateerde Werkbladen

• Klasse A BJT Versterkers