Как определить входное/выходное сопротивление цепей, содержащих транзисторы или другие активные компоненты

Определение входного и выходного сопротивлений цепей с транзисторами или другими активными компонентами является важным шагом для понимания характеристик производительности и согласования цепи. Вот некоторые распространенные методы и техники для определения этих сопротивлений:

1. Аналитические методы

Входное сопротивление

Малосигнальная модель: Используйте малосигнальную модель транзистора (например, с общей эмиттерной, общей базовой, общей коллекторной конфигурацией) для анализа входного сопротивления.

Усилитель с общей эмиттерной конфигурацией: Входное сопротивление Rin можно выразить как:

где rπ — динамическое сопротивление между базой и эмиттером, gm — транскондукция,

RL — сопротивление нагрузки, а RB — резистор базового смещения.

Усилитель с общей базовой конфигурацией: Входное сопротивление Rin можно выразить как

где re — сопротивление эмиттера, а RE — резистор обхода эмиттера.

Усилитель с общей коллекторной конфигурацией: Входное сопротивление Rin можно выразить как

Выходное сопротивление

Малосигнальная модель: Используйте малосигнальную модель транзистора для анализа выходного сопротивления.

Усилитель с общей эмиттерной конфигурацией: Выходное сопротивление Rout можно выразить как

где ro — выходное сопротивление, а RC — резистор коллектора.

Усилитель с общей базовой конфигурацией: Выходное сопротивление Rout можно выразить как

Усилитель с общей коллекторной конфигурацией: Выходное сопротивление Rout можно выразить как:

2. Экспериментальные методы

Входное сопротивление

Метод напряжения: Примените небольшой переменный сигнал к входу цепи, измерьте входное напряжение Vin и входной ток Iin, и вычислите входное сопротивление:

Метод резистора: Подключите известный малый резистор Rs к входу цепи, измерьте входное напряжение Vin и напряжение на резисторе Vs, и вычислите входное сопротивление:

Выходное сопротивление

Метод нагрузки: Подключите переменный резистор нагрузки RL к выходу цепи, измерьте выходное напряжение Vout при изменении сопротивления нагрузки, и вычислите выходное сопротивление:

где Vout,0 — выходное напряжение, когда сопротивление нагрузки бесконечно.

3. Методы моделирования

Программное обеспечение для моделирования цепей: Используйте программное обеспечение для моделирования цепей (например, SPICE, LTspice, Multisim и т.д.) для моделирования цепи и прямого получения входного и выходного сопротивления.

Входное сопротивление: Примените небольшой переменный сигнал к входу цепи, смоделируйте для получения входного напряжения и входного тока, и вычислите входное сопротивление.

Выходное сопротивление: Подключите переменный резистор нагрузки к выходу цепи, смоделируйте для получения выходного напряжения при изменении сопротивления нагрузки, и вычислите выходное сопротивление.

4. Техники анализа цепей

Эквивалент ТеVENIN: Упростите сложную цепь до эквивалентной цепи ТеVENIN, где входное сопротивление является эквивалентным сопротивлением.

Эквивалент НОРТОН: Упростите сложную цепь до эквивалентной цепи НОРТОН, где выходное сопротивление является эквивалентным сопротивлением.

Заключение

Определение входного и выходного сопротивлений цепей с транзисторами или другими активными компонентами можно выполнить с использованием аналитических методов, экспериментальных методов и методов моделирования. Выбор метода зависит от ваших конкретных потребностей и доступных ресурсов. Аналитические методы подходят для теоретических расчетов, экспериментальные методы — для фактических измерений, а методы моделирования сочетают преимущества обоих, позволяя проводить детальный анализ и проверку на компьютере.