Hoe bepaal ik de ingangs-/uitgangsimpedantie van schakelingen die transistoren of andere actieve componenten bevatten?

Het bepalen van de ingangs- en uitgangsimpedantie van schakelingen met transistors of andere actieve componenten is een belangrijke stap om het prestatievermogen en de matching-eigenschappen van de schakeling te begrijpen. Hier zijn enkele algemene methoden en technieken voor het bepalen van deze impedanties:

1. Analytische Methoden

Ingangsimpedantie

Kleine-signaalmodel: Gebruik het kleine-signal model van de transistor (zoals common-emitter, common-base, common-collector, etc.) om de ingangsimpedantie te analyseren.

Common-Emitter Versterker: De ingangsimpedantie Rin kan worden uitgedrukt als:

waarbij rπ de dynamische weerstand tussen basis en emitter is, gm de transconductance is,

RL de belastingweerstand is, en RB de basisbiasweerstand is.

Common-Base Versterker: De ingangsimpedantie Rin kan worden uitgedrukt als

waarbij re de emitterweerstand is, en RE de emitter bypass weerstand is.

Common-Collector Versterker: De ingangsimpedantie R in kan worden uitgedrukt als

Uitgangsimpedantie

Kleine-signalmodel: Gebruik het kleine-signal model van de transistor om de uitgangsimpedantie te analyseren.

Common-Emitter Versterker: De uitgangsimpedantie Rout kan worden uitgedrukt als

waarbij ro de uitgangsweerstand is, en RC de collectorweerstand is.

Common-Base Versterker: De uitgangsimpedantie R out kan worden uitgedrukt als

Common-Collector Versterker: De uitgangsimpedantie Rout kan worden uitgedrukt als:

2. Experimentele Methoden

Ingangsimpedantie

Spanningsmethode: Pas een klein AC-signaal toe op de ingang van de schakeling, meet de ingangsspanning

Vin en de ingangsstrom Iin, en bereken de ingangsimpedantie:

Weerstandsmethode: Serieel een bekende kleine weerstand Rs aan de ingang van de schakeling, meet de ingangsspanning Vin en de spanning over de weerstand Vs, en bereken de ingangsimpedantie:

Uitgangsimpedantie

Belastingsmethode: Sluit een variabele belastingsweerstand

RL aan de uitgang van de schakeling, meet de uitgangsspanning Vout terwijl de belastingsweerstand verandert, en bereken de uitgangsimpedantie:

waarbij Vout,0 de uitgangsspanning is wanneer de belastingsweerstand oneindig is.

3. Simulatiemethoden

Schakelingensimulatiesoftware: Gebruik schakelingensimulatiesoftware (zoals SPICE, LTspice, Multisim, etc.) om de schakeling te simuleren en de ingangs- en uitgangsimpedantie direct te verkrijgen.

Ingangsimpedantie: Pas een klein AC-signaal toe op de ingang van de schakeling, simuleer om de ingangsspanning en de ingangsstrom te krijgen, en bereken de ingangsimpedantie.

Uitgangsimpedantie: Sluit een variabele belastingsweerstand aan de uitgang van de schakeling, simuleer om de uitgangsspanning te krijgen terwijl de belastingsweerstand verandert, en bereken de uitgangsimpedantie.

4. Schakelinganalysetechnieken

Thevenin Equivalent: Vereenvoudig de complexe schakeling tot een Thevenin equivalent schakeling, waarbij de ingangsimpedantie de equivalente weerstand is.

Norton Equivalent: Vereenvoudig de complexe schakeling tot een Norton equivalent schakeling, waarbij de uitgangsimpedantie de equivalente weerstand is.

Samenvatting

Het bepalen van de ingangs- en uitgangsimpedantie van schakelingen met transistors of andere actieve componenten kan worden gedaan met behulp van analytische methoden, experimentele methoden en simulatiemethoden. De keuze van de methode hangt af van uw specifieke behoeften en beschikbare middelen. Analytische methoden zijn geschikt voor theoretische berekeningen, experimentele methoden zijn geschikt voor werkelijke metingen, en simulatiemethoden combineren de voordelen van beide, waardoor gedetailleerde analyse en verificatie op de computer mogelijk zijn.