Анализ входного и выходного сопротивлений усилителей

Входное сопротивление в транзисторных усилителях заметно варьируется с топологией схемы и смещением. Хотя истинное сопротивление является комплексным и частотозависимым, практические приближения дают четкое руководство для трех базовых конфигураций.

Для схемы с общим коллектором (эмиттерный повторитель) входное сопротивление просто равно эмиттерному сопротивлению, умноженному на коэффициент усиления по току:

Rвх = \beta RE

В каскаде с общим эмиттером ситуация немного более сложна, так как необходимо учитывать внутреннее эмиттерное сопротивление, r_ee:

Внутреннее эмиттерное сопротивление задается:

ree = \dfrac{KT}{IE}\quad \text{где}\quad K = 1.38\times10^{-23}\,\text{Дж·с/К},\;T \approx 300\,\text{К}

Для кремниевых транзисторов константа упрощается до приблизительно 26 мВ на миллиампер эмиттерного тока:

ree \approx \dfrac{26\,\text{мВ}}{IE\,(\text{А})}

Таким образом, входное сопротивление каскада с общим эмиттером:

Rвх = \beta\,ree

Пример: При \beta = 100 и токе смещения эмиттера 1 мА,

ree = \dfrac{26\,\text{мВ}}{1\,\text{мА}} = 0.26\,\Omega
Rвх = 100 \times 0.26\,\Omega = 26\,\Omega

Для более точной оценки в каскаде с общим коллектором, включающем внешний эмиттерный резистор R_E, входное сопротивление становится:

Rвх = \beta\,(RE + ree)

Это же выражение также применимо к конфигурации с общим эмиттером, включающей эмиттерный резистор.

Конфигурация с общей базой имеет заметно более низкое входное сопротивление, по сути равное внутреннему эмиттерному сопротивлению:

Rвх = ree

Высокое входное сопротивление делает общий коллектор идеальным для управления высокоомными источниками, такими как пьезоэлектрические или керамические микрофоны. Низкое входное сопротивление общей базы полезно в РЧ-приложениях, где требуется согласование с 50-омным коаксиальным кабелем. Каскад с общим эмиттером предлагает умеренное входное сопротивление, делая его подходящим для средних источников, таких как динамические микрофоны.

Выходные сопротивления для трех базовых конфигураций суммированы на рисунке ниже. Умеренное выходное сопротивление каскада с общим эмиттером объясняет его популярность для общих задач усиления. Очень низкое выходное сопротивление каскада с общим коллектором используется для согласования импедансов, например, в бе스트рансформаторных соединениях с 4-омным динамиком. Замкнутые аналитические выражения для выходного сопротивления существуют, но они более сложны; см. выводы Р. Виктора Джонса (см. ссылку [RVJ]).

Характеристики усилителей адаптированы из Руководства GE по транзисторам, Рисунок 1.21.

Обзор

• Обратитесь к рисунку выше для визуального сравнения входных и выходных сопротивлений.

Связанные рабочие листы

• Усилители класса А на биполярных транзисторах