Eingangs- und Ausgangsimpedanz eines BJT

Das Messen der Eingangs-/Ausgangsimpedanz ist kaum mehr als das Berechnen der Widerstände in einem Spannungsteiler. Betrachten Sie die folgenden zwei Situationen:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Wichtig ist, dass die ganze Schaltung nicht übersteuert, also die Spannung$U_i$ist im Verhältnis zur Versorgungsspannung klein. Es sollte keine Verzerrung auftreten. Außerdem ist es wichtig, dass Sie nur die AC-Komponente messen, also im Falle der Ausgangsimpedanz am rechten Ende des Ausgangskondensators messen.

Für die Ausgangsimpedanz müssen Sie zwei Messungen bei einer bestimmten Frequenz durchführen. Für Audio ist 1 kHz ein guter Anfang, aber wie Andy feststellt, könnten Sie an der Impedanz bei verschiedenen Frequenzen interessiert sein.

Bei bekannter Eingangsamplitude$U_i$zwei Messungen machen:

1. Messen Sie die Spannungsamplitude$U_{o}$mit$R_l$entfernt (linke Situation);
2. Messen Sie die Spannungsamplitude$U_{o}$mit einem bekannten$R_l$vorhanden (richtige Situation);

$(1) R_o = \dfrac{\Delta U_{R_o}}{\Delta I}$

$(2) R_o = \dfrac{U_i-U_o}{\frac{U_i}{R_o+R_l}}$

$(3) R_o = \dfrac{R_o+R_l}{U_i} (U_i - U_0)$

$(4) R_o = R_o + R_l - (R_o+R_l)\dfrac{U_o}{U_i}$

$(5) R_l = (R_o+R_l)\dfrac{U_o}{U_i}$

$(6) R_l(1-\dfrac{U_o}{U_i}) = R_o\dfrac{U_o}{U_i}$

$(7) R_o = R_l(1-\dfrac{U_o}{U_i})\dfrac{U_i}{U_o}$

Die resultierende Formel zur Berechnung der Ausgangsimpedanz lautet also:

$(8) R_o = R_l(\dfrac{U_i}{U_o}-1)$

Die Berechnung der Ausgangsimpedanz folgt der gleichen Methode wie die Berechnung der Eingangsimpedanz, Sie berechnen nur den anderen Widerstand im Teiler.

Die Eingangsimpedanz ist identisch mit$R_l$in (6) wo$R_o$ist die Ausgangsimpedanz Ihrer Signalquelle (optional erhöht durch einen zusätzlichen Vorwiderstand. Also:

$R_l = R_{amp,in} , U_o = U_{amp,in} , U_i = U_{generator,out} , R_o = R_{out,generator}$

$(6) R_l(1-\dfrac{U_o}{U_i}) = R_o\dfrac{U_o}{U_i}$

$(9) R_{amp,in}(1-\dfrac{U_{amp,in}}{U_{generator,out}}) = R_{generator,out}\dfrac{U_{amp,input}}{U_{generator,out}}$

$(10) R_{amp,in} = R_{generator,out} \cdot \dfrac{U_{amp,in}}{U_{generator,out}} \cdot \dfrac{1}{(1-\dfrac{U_{amp,in}}{U_{generator,out}})}$

$(11) R_{amp,in} = R_{generator,out} \cdot \dfrac{U_{amp,in}}{U_{generator,out}-U_{amp,input}}$

Die Eingangsimpedanz. Wählen Sie zunächst aus, welche Frequenz Sie interessiert. Wenn es sich um Audio handelt, ist 1 kHz vielleicht eine gute Einzelfrequenz. Möglicherweise interessiert Sie jedoch der Frequenzbereich von 10 Hz bis 100 kHz, und wenn ja, wählen Sie mehrere Messpunkte aus. Herkömmlicherweise werden logarithmische Schritte verwendet, wie zum Beispiel: -

10Hz, 33Hz, 100Hz, 330Hz, 1kHz, 3,3kHz, 10kHz, 33kHz, 100kHz - je nachdem, wie genau Sie die Dinge benötigen, können jedoch engere Schritte verwendet werden. Im Allgemeinen wäre ein einfacher Verstärker (wie Sie in Ihrer Schaltung gezeigt haben) bei diesen Frequenzen in Ordnung.

Messung: Ein Voltmeter ist wahrscheinlich nicht gut genug, es sei denn, es handelt sich um ein echtes RMS-Voltmeter mit einem anständigen Frequenzbereich. Wenn Sie Zugang zu einem dieser Geräte oder einem Oszilloskop haben, ist dies der richtige Weg. Schließen Sie das Oszilloskop an den Ausgang an und suchen Sie über den Verstärker nach dem von V1 erzeugten Signal. Stellen Sie sicher, dass es eine Sinuswelle ist und dass es sauber aussieht. Gegebenenfalls ein kleineres Signal einspeisen. Ich gehe davon aus, dass R1 in Ihrer Schaltung ein variabler Widerstand oder eine Dekadenwiderstandsbox ist, da Sie ohne eine Impedanz nicht einfach bestimmen können.

Stellen Sie sicher, dass R1 auf null Ohm eingestellt ist.

Sobald Sie das Signal auf dem Oszilloskop haben, erhöhen Sie R1, bis sich der Signalpegel auf dem Oszilloskop halbiert. Der Wert von R1 kann als Eingangsimpedanz Ihrer Schaltung angesehen werden. Für die einfache Schaltung, wie Sie sie gezeigt haben, ist es sinnvoll, R1 als Eingangsimpedanz zu verwenden, aber bei anderen Schaltungen wie HF-Verstärkern wäre ein detaillierterer Wert erforderlich; eine, die die komplexe Impedanz misst.

Für die Ausgangsimpedanz müssen Sie den Ausgang laden und ich stelle fest, dass Sie bequem RL gezeichnet haben. Dies sollte ein variabler Widerstand oder eine Widerstandsdekade sein. Beginnen Sie mit RL bei offenem Stromkreis und sehen Sie sich das Signal auf dem Oszilloskop an. Beginnen Sie, RL zu senken, bis sich die Amplitude des Oszilloskopsignals halbiert – dies ist Ihre Impedanz.

Ich füge noch einmal hinzu, dass dies einfache Impedanzmessungen sind und diese Methode nicht unbedingt für Hochfrequenzverstärker oder Messungen geeignet ist, bei denen komplexe Impedanzen erforderlich sind. Diese Methode ist aufgrund des Ladestroms beim Messen der Ausgangsimpedanz möglicherweise nicht für Systeme mit höherer Leistung geeignet.