Niedrige Ausgangsimpedanz gegenüber hoher Ausgangsimpedanz eines Verstärkers

Allgemein

Die Ausgangsimpedanz eines Verstärkers entspricht einer Quellenimpedanz$Z_{S}$aus Sicht einer Last mit Impedanz$Z_{L}$. Denken Sie an einen Spannungsteiler, wo$V_{\text{out}}$ist die Ausgangsspannung des Verstärkers ohne Last (dh$Z_{L} = \infty$):

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

Die an die Last gelieferte Spannung ist

Wenn$Z_{S} \gg Z_{L}$Dann$V_{\text{load}} \approx 0$, was schlecht ist, wenn Sie versuchen, eine Spannung für die Last zu verstärken. Aber falls$Z_{S} \ll Z_{L}$Dann$V_{\text{load}} \approx V_{\text{out}}$.

Für die Spannungsverstärkung möchten Sie eine niedrige Ausgangsimpedanz von der vorherigen Stufe und eine hohe Eingangsimpedanz von der nächsten Stufe, um die Spannungsverstärkung zu maximieren.

Für die Stromverstärkung möchten Sie das Gegenteil: hohe Ausgangsimpedanz von der vorherigen Stufe und niedrige Eingangsimpedanz von der nächsten Stufe. Denken Sie an einen Stromteiler: Der Strom fließt hauptsächlich durch die niedrigere Impedanz, sodass eine niedrige Eingangsimpedanz von der nächsten Stufe bedeutet, dass der größte Teil des Stroms in die Last fließt.

Dein Fall

$R_{C}$bildet tatsächlich einen Teil der Last für den gemeinsamen Emitter – die Gesamtlast für den gemeinsamen Emitter ist$R_{C} \| R_{L}$Wo$R_{L}$ist die Eingangsimpedanz, die in die Last schaut. Wie im allgemeinen Fall möchten Sie die Eingangsimpedanz maximieren, wenn Sie in die nächste Stufe schauen, also möchten Sie maximieren$R_{C}$. Im Grenzfall wo$R_{S} = \infty$Die einzige Last ist die Eingangsimpedanz, die in die Last schaut (dh$R_{L}$), was die maximale Lastimpedanz ist, die Sie erhalten können. Im Grenzfall wo$R_{C} = 0$der Kollektor ist kurzgeschlossen$V_{CC}$und es kann keine Spannungsverstärkung geben (der Kollektor, der der Ausgangsknoten ist, ist nur mit der Versorgung kurzgeschlossen).

Für einen Strommodusausgang möchten Sie eine hohe Impedanz. Für einen Ausgang im Spannungsmodus möchten Sie eine niedrige Impedanz. Für eine maximale Leistungsübertragung benötigen Sie angepasste Impedanzen. Eine ideale Stromquelle hat eine unendliche Impedanz, während eine ideale Spannungsquelle eine Nullimpedanz hat. Im Allgemeinen arbeiten die Leute mit Ausgängen im Spannungsmodus, daher ist „niedrige Impedanz = gut“ vorherrschend. In HF ist alles abgestimmt, im Allgemeinen auf 50 Ohm (sowohl Ein- als auch Ausgänge). Dieser Ausgang ist im Strommodus, Sie möchten also eine hohe Impedanz.

Außerdem ist Rc nicht genau die Ausgangsimpedanz. Wenn Sie diesen Widerstand und die Quelle in ein Thevenin-Äquivalent umwandeln, wäre dies die Ausgangsimpedanz, und es wäre „ideal“, sie auf Null zu setzen. Dies ist nicht gleichbedeutend damit, Rc in Ihrer Schaltung auf Null zu setzen.

Was ist denn los? Warum ist eine niedrige Ausgangsimpedanz wünschenswert? Sicherlich muss etwas mit der Art und Weise, wie ich die Schaltung analysiere, nicht stimmen!

Medwatt - die Antwort ist einfach: Für einen Spannungsverstärker (Spannungsausgang) ist eine niedrige Ausgangsimpedanz wünschenswert - eine einfache Schaltung wie die gemeinsame Emitterstufe kann Ihren Wunsch jedoch nicht erfüllen. Wenn Sie die Richtlinie für einen niedrigen Ausgangswiderstand (Beispiel: Rc = 10 Ohm in gemeinsamer Emitterschaltung) befolgen möchten, haben Sie praktisch keinen Gewinn. Das bedeutet: Guter Ausgangswiderstand (niedrig) einer Schaltung, die nicht verwendet werden kann. Daher ist ein Kompromiss zwischen zwei widersprüchlichen Anforderungen (Verstärkung vs. Ausgangswiderstand) erforderlich.

Beachten Sie, dass ein solcher Kompromiss in den meisten analogen elektronischen Schaltungen erforderlich ist. Infolgedessen ist eine kompliziertere Schaltung erforderlich, um eine hohe Verstärkung bei einem niedrigen Ausgangswiderstand zu erzielen - zum Beispiel: Ein zweistufiger Verstärker (gemeinsamer Emitter in Reihe mit gemeinsamem Kollektor).

(Vor vielen Jahren gab es ein Lied: "Du kannst immer nicht bekommen, was du willst".)

KONTEXT ist wichtig. Angenommen, Sie haben einen Verstärkerausgangsanschluss (ROTER und SCHWARZER Draht), der mit einem LAUTSPRECHER (ROTER und SCHWARZER Draht) verbunden ist. Die vom AMP erzeugte Musik ist eine Wellenform. Und das Ziel ist es, diese Wellenform einmal auf dem Lautsprecher zu erzeugen und kein Echo (der Wellenform) zu haben. Ein Verstärker mit niedriger Ausgangsimpedanz stellt sicher, dass es einen geringen Widerstand gegen MASSE gibt (um jeden Restschall zu dämpfen, der vom Lautsprecher kommt, wenn er (die Musikwellenform) in den Verstärker reflektiert wird).