Jak mogę określić impedancję wejściową/wyjściową obwodów zawierających tranzystory lub inne elementy aktywne?

Określenie impedancji wejściowej/wyjściowej obwodów z tranzystorami lub innymi elementami aktywnymi to ważny krok do zrozumienia wydajności i charakterystyk dopasowania obwodu. Oto niektóre powszechne metody i techniki określania tych impedancji:

1. Metody analityczne

Impedancja wejściowa

Model małosygnałowy: Użyj modelu małosygnałowego tranzystora (np. common-emitter, common-base, common-collector itp.) do analizy impedancji wejściowej.

Wzmocniacz common-emitter: Impedancja wejściowa Rin może być wyrażona jako:

gdzie rπ to opór dynamiczny między bazą a emiterem, gm to transkonduktancja, RL to opór obciążenia, a RB to rezystor biasu bazy.

Wzmocniacz common-base: Impedancja wejściowa Rin może być wyrażona jako

gdzie re to opór emitera, a RE to rezystor przepustowy emitera.

Wzmocniacz common-collector: Impedancja wejściowa R in może być wyrażona jako

Impedancja wyjściowa

Model małosygnałowy: Użyj modelu małosygnałowego tranzystora do analizy impedancji wyjściowej.

Wzmocniacz common-emitter: Impedancja wyjściowa Rout może być wyrażona jako

gdzie ro to opór wyjściowy, a RC to rezystor kolektorowy.

Wzmocniacz common-base: Impedancja wyjściowa R out an be expressed as

Wzmocniacz common-collector: Impedancja wyjściowa Rout an be expressed as:

2. Metody eksperymentalne

Impedancja wejściowa

Metoda napięciowa: Zastosuj mały sygnał AC do wejścia obwodu, zmierz napięcie wejściowe Vin i prąd wejściowy Iin, i oblicz impedancję wejściową:

Metoda rezystorowa: Podłącz znany mały rezystor Rs szeregowo do wejścia obwodu, zmierz napięcie wejściowe Vin i napięcie na rezystorze Vs, i oblicz impedancję wejściową:

Impedancja wyjściowa

Metoda obciążenia: Podłącz zmienny rezystor obciążenia RL do wyjścia obwodu, zmierz napięcie wyjściowe Vout przy zmianach oporu obciążenia, i oblicz impedancję wyjściową:

gdzie Vout,0 to napięcie wyjściowe, gdy opór obciążenia jest nieskończony.

3. Metody symulacji

Oprogramowanie do symulacji obwodów: Użyj oprogramowania do symulacji obwodów (np. SPICE, LTspice, Multisim itp.) do symulacji obwodu i bezpośredniego uzyskania impedancji wejściowej i wyjściowej.

Impedancja wejściowa: Zastosuj mały sygnał AC do wejścia obwodu, przeprowadź symulację, aby uzyskać napięcie wejściowe i prąd wejściowy, i oblicz impedancję wejściową.

Impedancja wyjściowa: Podłącz zmienny rezystor obciążenia do wyjścia obwodu, przeprowadź symulację, aby uzyskać napięcie wyjściowe przy zmianach oporu obciążenia, i oblicz impedancję wyjściową.

4. Techniki analizy obwodów

Równoważnik Thevenina: uprość skomplikowany obwód do równoważnika Thevenina, gdzie impedancja wejściowa to opór równoważny.

Równoważnik Nortona: uprość skomplikowany obwód do równoważnika Nortona, gdzie impedancja wyjściowa to opór równoważny.

Podsumowanie

Określanie impedancji wejściowej/wyjściowej obwodów z tranzystorami lub innymi elementami aktywnymi można dokonać za pomocą metod analitycznych, eksperymentalnych i symulacyjnych. Wybór metody zależy od konkretnych potrzeb i dostępnych zasobów. Metody analityczne są odpowiednie do obliczeń teoretycznych, metody eksperymentalne są odpowiednie do rzeczywistych pomiarów, a metody symulacyjne łączą zalety obu, umożliwiając szczegółową analizę i weryfikację na komputerze.