تعریف امپدانس ورودی تقویت کننده کلکتور مشترک در مدار

امپدانس ورودی تقویت کننده کلکتور مشترک:
اگرچه تقویت کننده کلکتور مشترک در تقویت ولتاژ عمل کرد خوبی ندارد و همان طور که در بالا نیز اثبات شد، دارای بهره تقویت ولتاژ سیگنال کوچک برابر واحد است، اما می توان آن را به عنوان یک بافر ولتاژ با کارکرد عالی در نظر گرفت؛ زیرا این تقویت کننده دارای امپدانس ورودی بالا و امپدانس خروجی پایین است.

دقیقا به همین دلیل است که تقویت کننده کلکتور مشترک می تواند ایزولاسیون خوبی را بین منبع سیگنال ورودی و بار امپدانسی در خروجی ایجاد کند.

ویژگی مفید دیگر تقویت کننده کلکتور مشترک این است که تا زمانی که در مد هدایت باشد، دارای بهره جریان (Ai) است.

به همین دلیل است که این تقویت کننده می تواند در پاسخ به تغییر بسیار کوچکی در جریان بیس، جریان بزرگی را از کلکتور به امیتر عبور دهد. به این نکته توجه کنید که این جریان DC در مسیر خود فقط از مقاومتREعبور می کند؛ زیرا مقاومتی در کلکتور (RC) وجود ندارد.

مقدار این جریان به سادگی از فرمولبه دست می آید که می تواند در صورتی که مقاومت امیتر کوچک باشد، دارای مقدار بزرگی باشد. به پیکربندی عمومی تقویت کننده کلکتور مشترک یا تعقیب کننده امیتر در شکل زیر توجه کنید.

برای آنالیز AC مدار، خازن ها اتصال کوتاه می شوند و منبع تغذیهVCC نیز برابر با صفر ولت در نظر گرفته می شود. بنابراین مدار معادل به صورت زیر به دست می آید.

مقادیر ولتاژها و جریان های بایاس به صورت زیر محاسبه می شود:

مقدار مقاومت ورودیZIN آرایش تقویت کننده کلکتور مشترک که از ترمینال بیس دیده می شود، به صورت محاسبه می شود:

اما چون در مدار شرایط زیر برقرار است:

بنابراین مقدار امپدانس ورودی به صورت زیر به دست می آید:

اما از آن جا که مقدارβبسیار بزرگ تر از یک است (معمولا بالاتر از 100)، عبارتβ+1 را می توان به β تقلیل داد؛ زیرا ضرب یک عدد در 100 بسیار نزدیک به ضرب آن عدد در 101 است.

بنابراین در نهایت امپدانس بیس در آرایش تقویت کننده کلکتور مشترک، به صورت زیر به دست می آید:

در فرمول بالا، βبهره جریان ترانزیستور، Reمقاومت معادل امیتر وr‘eمقاومت AC دیود امیتر-بیس هستند. توجه کنید که چون مقاومتRe از مقدار مقاومت معادل دیود یعنیr‘ e بسیار بزرگ تر است (مقاومت اول در حدود کیلو اهم و مقاومت دوم در بازه چند اهم)، مقدار مقاومت بیس ترانزیستور می تواند به سادگی توسط فرمول زیر نیز محاسبه شود:

نکته جالبی که در این جا باید به آن اشاره کرد، این است که امپدانس ورودی بیس ترانزیستور (ZIN(base))، می تواند هم از طریق مقدار مقاومت متصل به پایه امیتر (RE) و هم از طریق مقاومت بار (RL) کنترل شود؛ زیرا این دو مقاومت به صورت موازی به یکدیگر متصل شده اند.

مقدار مقاومت محاسبه شده در بالا، امپدانس ورودی دیده شده از بیس ترانزیستور را نشان می دهد، اما توجه کنید که این مقدار، با مقدار واقعی امپدانسی که توسط منبع سیگنال از دو سر تقویت کننده دیده می شود، متفاوت است. برای محاسبه این مقدار، نیاز است که دو مقاومتی که در ورودی ترانزیستور به عنوان شبکه بایاس مقسم ولتاژ دیده می شوند را نیز در نظر بگیریم.

بنابراین مقدار امپدانس ورودی تقویت کننده کلکتور مشترک به صورت زیر محاسبه می شود: