Qual è la resistenza di ingresso di un amplificatore di base comune?
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Qual è la resistenza di ingresso di un amplificatore di base comune?
Come fornitore di transistor di fiducia, ho avuto numerose conversazioni con ingegneri, hobbisti e appassionati di elettronica su vari aspetti delle applicazioni a transistor. Un argomento che si presenta spesso è la resistenza di input di un amplificatore di base comune. In questo post sul blog, approfondirò ciò che la resistenza di input di un amplificatore di base comune è, perché è importante e come influisce sul design del circuito.
Comprensione dell'amplificatore comune - base
Prima di discutere la resistenza all'input, esaminiamo brevemente cosa sia un amplificatore di base comune. Un amplificatore di base comune è uno dei tre topologie dell'amplificatore di base a giunzione bipolare a singolo stadio (BJT), insieme a amplificatori da collezione comuni - emettitore e comune. In una configurazione di base comune, il terminale di base del transistor è il terminale comune tra i segnali di input e output.
L'amplificatore di base comune offre diverse caratteristiche uniche. Ha un guadagno ad alta tensione, una bassa resistenza di ingresso e un'alta resistenza di uscita. Fornisce inoltre un guadagno di tensione non di inversione, il che significa che il segnale di uscita è in fase con il segnale di ingresso. Queste proprietà lo rendono adatto a applicazioni specifiche come amplificatori ad alta frequenza e circuiti di corrispondenza dell'impedenza.
Definizione della resistenza di input
La resistenza di input, indicata come (r_ {in}), è un parametro cruciale in qualsiasi circuito di amplificatore. Rappresenta la resistenza equivalente che la sorgente di input "vede" quando è collegata all'amplificatore. In altre parole, è il rapporto della modifica della tensione di input ((\ Delta v_ {in})) alla modifica della corrente di input ((\ delta i_ {in})) nei terminali di input dell'amplificatore.
Matematicamente, (r_ {in} = \ frac {\ delta v_ {in}} {\ delta i_ {in}})
Per un amplificatore di base comune, la resistenza di input è relativamente bassa rispetto ad altre configurazioni di amplificatore. Questa bassa resistenza di input è il risultato del modo in cui il transistor opera nella configurazione di base comune.
Calcolo della resistenza di ingresso di un amplificatore di base comune
Per calcolare la resistenza di ingresso di un amplificatore di base comune, possiamo iniziare con il modello di segnale piccolo di un transistor di giunzione bipolare. Nel modello di segnale piccolo, il transistor può essere rappresentato da una sorgente di corrente controllata alla corrente e da un insieme di resistori.
Per un amplificatore di base comune che utilizza un BJT NPN, la resistenza di ingresso può essere approssimata dalla seguente formula:
(R_ {in} = \ frac {r_ {e}} {1 + \ beta})
dove (r_ {e}) è la resistenza all'emettitore del segnale piccolo e (\ beta) è l'attuale guadagno del transistor.
La resistenza a emettitore del segnale piccolo (r_ {e}) può essere calcolata usando la formula:
(r_ {e} = \ frac {v_ {t}} {i_ {e}})
dove (v_ {t}) è la tensione termica (circa 26 mV a temperatura ambiente) e (i_ {e}) è la corrente dell'emettitore DC.
Facciamo un esempio per illustrare questo calcolo. Supponiamo di avere un amplificatore di base comune con una corrente di emettitore DC (i_ {e} = 1 \ Space MA). Innanzitutto, calcoliamo la piccola resistenza all'emettitore del segnale:
;
Supponendo un guadagno di corrente (\ beta = 100), la resistenza di ingresso dell'amplificatore di base comune è:
)
Perché la bassa resistenza all'ingresso è importante
La bassa resistenza di ingresso di un amplificatore di base comune ha diverse implicazioni per il design del circuito.
1. Requisiti della fonte del segnale
Una bassa resistenza di ingresso significa che l'amplificatore disegna una corrente relativamente grande dalla sorgente del segnale di ingresso. Ciò richiede che la sorgente del segnale abbia una bassa resistenza di uscita per evitare una significativa attenuazione del segnale. Se la sorgente del segnale ha un'elevata resistenza di uscita, si verificherà una grande caduta di tensione attraverso la resistenza della sorgente, riducendo la tensione disponibile all'ingresso dell'amplificatore.
2. Matching di impedenza
In alcune applicazioni, la corrispondenza dell'impedenza è fondamentale per massimizzare il trasferimento di potenza tra la sorgente del segnale e l'amplificatore. La bassa resistenza di input dell'amplificatore di base comune può essere utilizzata per abbinare la bassa resistenza di uscita di alcune origini del segnale, come antenne o sensori a bassa impedenza. Ciò consente un trasferimento efficiente di potenza dalla sorgente all'amplificatore.
3. Alta - Prestazioni di frequenza
La bassa resistenza di input dell'amplificatore di base comune contribuisce alle sue eccellenti prestazioni ad alta frequenza. Ad alte frequenze, la capacità di ingresso del transistor può avere un impatto significativo sulle prestazioni dell'amplificatore. La bassa resistenza all'input aiuta a ridurre l'effetto della capacità di ingresso, consentendo all'amplificatore di funzionare a frequenze più elevate senza una significativa distorsione del segnale.
Applicazioni di amplificatori comuni - Base con bassa resistenza di input
Le caratteristiche uniche dell'amplificatore di base comuni, compresa la sua bassa resistenza di input, lo rendono adatto a una varietà di applicazioni.
1. Amplificatori RF
Nei circuiti a radiofrequenza (RF), l'amplificatore di base comune viene spesso usato come pre -amplificatore o stadio del driver. La sua bassa resistenza di input può essere abbinata alla bassa impedenza delle antenne RF e le sue prestazioni ad alta frequenza gli consentono di amplificare i segnali RF senza distorsione significativa.
2. Buffer di corrente
L'amplificatore di base comune può essere utilizzato come tampone di corrente per isolare un carico di impedenza elevato da una fonte a bassa impedenza. La bassa resistenza di ingresso dell'amplificatore consente di disegnare la corrente dalla sorgente senza caricarla, mentre l'elevata resistenza di uscita gli consente di guidare il carico in modo efficace.
3. Reti di abbinamento dell'impedenza
Come accennato in precedenza, la bassa resistenza di input dell'amplificatore di base comune può essere utilizzata nelle reti di corrispondenza dell'impedenza. Abbinando la resistenza di ingresso dell'amplificatore alla resistenza di uscita della sorgente del segnale, è possibile ottenere il trasferimento di potenza massimo.
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Riferimenti
- Sedra, AS, & Smith, KC (2015). Circuiti microelettronici. Oxford University Press.
- Boylestad, RL e Nashelsky, L. (2013). Dispositivi elettronici e teoria dei circuiti. Pearson.
- Razavi, B. (2017). Fondamenti di microelettronica. Wiley.
