トランジスタやその他のアクティブコンポーネントを含む回路の入出力インピーダンスをどのように決定しますか
トランジスタやその他のアクティブコンポーネントを含む回路の入出力インピーダンスを決定することは、回路の性能とマッチング特性を理解する上で重要なステップです。これらのインピーダンスを決定するための一般的な方法と技術は以下の通りです。
1. 解析的方法
入力インピーダンス
小信号モデル：トランジスタ（共通エミッタ、共通ベース、共通コレクタなど）の小信号モデルを使用して入力インピーダンスを分析します。
共通エミッタ増幅器：入力インピーダンスRinは次のように表すことができます：
ここでrπはベースとエミッタ間の動的抵抗、gmはトランシコンダランス、RLは負荷抵抗、RBはベースバイアス抵抗です。
共通ベース増幅器：入力インピーダンスRinは次のように表すことができます：
ここでreはエミッタ抵抗、REはエミッタバイパス抵抗です。
共通コレクタ増幅器：入力インピーダンスRinは次のように表すことができます：
出力インピーダンス
小信号モデル：トランジスタの小信号モデルを使用して出力インピーダンスを分析します。
共通エミッタ増幅器：出力インピーダンスRoutは次のように表すことができます：
ここでroは出力抵抗、RCはコレクタ抵抗です。
共通ベース増幅器：出力インピーダンスRoutは次のように表すことができます：
共通コレクタ増幅器：出力インピーダンスRoutは次のように表すことができます：
2. 実験的方法
入力インピーダンス
電圧法：回路の入力に小さな交流信号を適用し、入力電圧Vinと入力電流Iinを測定し、入力インピーダンスを計算します：
抵抗法：回路の入力に既知の小さな抵抗Rsを直列に接続し、入力電圧Vinと抵抗Rsの両端の電圧Vsを測定し、入力インピーダンスを計算します：
出力インピーダンス
負荷法：回路の出力に可変負荷抵抗RLを接続し、負荷抵抗が変化する際に出力電圧Voutを測定し、出力インピーダンスを計算します：
ここでVout,0は負荷抵抗が無限大であるときの出力電圧です。
3. シミュレーション方法
回路シミュレーションソフトウェア：回路シミュレーションソフトウェア（SPICE、LTspice、Multisimなど）を使用して回路をシミュレートし、直接入出力インピーダンスを得ます。
入力インピーダンス：回路の入力に小さな交流信号を適用し、シミュレーションにより入力電圧と入力電流を得て、入力インピーダンスを計算します。
出力インピーダンス：回路の出力に可変負荷抵抗を接続し、シミュレーションにより負荷抵抗が変化する際に出力電圧を得て、出力インピーダンスを計算します。
4. 回路解析技術
テブナン等価回路：複雑な回路をテブナン等価回路に簡略化し、入力インピーダンスは等価抵抗となります。
ノートン等価回路：複雑な回路をノートン等価回路に簡略化し、出力インピーダンスは等価抵抗となります。
まとめ
トランジスタやその他のアクティブコンポーネントを含む回路の入出力インピーダンスを決定するには、解析的方法、実験的方法、およびシミュレーション方法があります。使用する方法は具体的なニーズと利用可能なリソースによって選択されます。解析的方法は理論的な計算に適しており、実験的方法は実際の測定に適しており、シミュレーション方法は両者の利点を組み合わせて、詳細な分析と検証を行うことができます。
