Impedansi Input dan Output pada Penguat (Amplifier)
Impedansi Input penguat (amplifier) mendefinisikan karakteristik inputnya berkaitan dengan arus dan tegangan yang melihat ke terminal input penguat. Impedansi Input, ZIN atau Resistansi Input seperti yang sering disebut, merupakan parameter penting dalam desain penguat transistor dan dengan demikian memungkinkan penguat dikarakterisasi sesuai dengan impedansi input dan output yang efektif serta tingkat daya dan arus.
Nilai impedansi penguat sangat penting untuk analisis terutama ketika mengalirkan masing-masing penguat secara bersama-sama untuk meminimalkan distorsi sinyal. Impedansi input dari sebuah penguat atau amplifier adalah impedansi input “dilihat” oleh sumber penggerak input dari penguat. Jika terlalu rendah, itu dapat memiliki efek pembebanan yang merugikan pada tahap sebelumnya dan mungkin memengaruhi respons frekuensi dan tingkat sinyal output dari tahap itu.
Tetapi dalam sebagian besar penerapan/aplikasi, common emitter dan rangkaian penguat common collector umumnya memiliki impedansi input yang tinggi. Beberapa jenis desain penguat (amplifier), seperti rangkaian penguat common collector secara otomatis memiliki impedansi input tinggi dan impedansi output rendah sesuai dengan sifat desainnya.
Penguat atau Amplifier dapat memiliki impedansi input yang tinggi, impedansi output yang rendah, dan hampir semua gain sewenang-wenang, tetapi jika impedansi input amplifier lebih rendah dari yang diinginkan, impedansi output dari tahap sebelumnya dapat disesuaikan untuk mengkompensasi atau jika ini tidak mungkin maka tahap penguat buffer mungkin dibutuhkan.
Selain amplifikasi tegangan ( Av ), rangkaian penguat juga harus memiliki amplifikasi arus ( Ai ). amplification daya ( Ap ) juga dapat diharapkan dari rangkaian penguat. Tetapi selain memiliki tiga karakteristik penting ini, rangkaian penguat (amplifier) juga harus memiliki karakteristik lain seperti impedansi input tinggi ( ZIN ), impedansi output rendah ( ZOUT ) dan beberapa derajat bandwidth, ( Bw ). Bagaimanapu juga, amplifier "sempurna" akan memiliki impedansi input tak terbatas dan impedansi output nol.
Dalam banyak hal, penguat (amplifier) dapat dianggap sebagai jenis "kotak hitam" yang memiliki dua terminal input dan dua terminal output seperti yang ditunjukkan.
Gagasan ini menyediakan model h-parameter sederhana dari transistor yang dapat kita gunakan untuk menemukan titik set DC dan parameter operasi penguat. Pada kenyataannya, salah satu terminal adalah umum antara input dan output yang mewakili ground atau nol volt.
Ketika melihat dari luar ke dalam, terminal-terminal ini memiliki impedansi input, ZIN dan impedansi output, ZOUT. Impedansi input dan output dari penguat adalah rasio tegangan terhadap arus yang mengalir masuk atau keluar dari terminal ini.
Impedansi input dapat tergantung pada supply sumber makan amplifier sedangkan impedansi output juga dapat bervariasi sesuai dengan impedansi beban, RL di terminal output. Sinyal input yang sedang diperkuat biasanya arus bolak-balik (AC) dengan rangkaian penguat mewakili beban, Z ke source/sumber.
Impedansi input penguat bisa puluhan ohm, (Ohm Ω ) hingga beberapa ribu ohm, (kilo-ohm kΩ ) untuk rangkaian transistor berbasis bipolar hingga jutaan ohm, (Mega-ohm MΩ ) untuk rangkaian transistor berbasis FET.
Ketika sumber dan beban sinyal terhubung ke amplifier, sifat listrik yang sesuai dari rangkaian amplifier dapat dimodelkan seperti yang ditunjukkan.
Di mana, VS adalah tegangan sinyal, RS adalah resistansi internal dari sumber sinyal, dan RL adalah resistansi beban yang terhubung melintasi output. Kita dapat memperluas ide ini lebih jauh dengan melihat bagaimana amplifier terhubung ke sumber dan beban.
Ketika amplifier terhubung ke sumber sinyal, sumber "melihat" impedansi input, Zin dari amplifier sebagai beban. Demikian juga, tegangan input, Vin adalah apa yang dilihat penguat di impedansi input, Zin. Kemudian input amplifier dapat dimodelkan sebagai rangkaian pembagi tegangan sederhana seperti yang ditunjukkan.
Gagasan yang sama berlaku untuk impedansi output amplifier. Ketika resistansi beban, RL terhubung ke output dari penguat, penguat menjadi sumber makan beban. Oleh karena itu, tegangan dan impedansi output secara otomatis menjadi tegangan sumber dan impedansi sumber untuk beban seperti yang ditunjukkan.
Kemudian kita dapat melihat bahwa karakteristik input dan output dari suatu penguat dapat dimodelkan sebagai jaringan pembagi tegangan sederhana. Penguat Amplifier itu sendiri dapat dihubungkan di Common Emitter (ground emitter), Common Collector (follower emitter) atau dalam konfigurasi Common Base.
Dalam tutorial ini kita akan melihat transistor bipolar yang terhubung dalam konfigurasi common emitter yang terlihat sebelumnya.
Dengan tidak ada aliran arus sinyal ke Base, tidak ada arus Collector, (transistor dalam cut-off) dan tegangan pada collector sama dengan tegangan supply, Vcc. Arus sinyal ke dalam base menyebabkan arus mengalir pada resistor collector, Rc menghasilkan penurunan tegangan yang menyebabkan tegangan collector turun.
Kemudian arah perubahan tegangan collector berlawanan dengan arah perubahan pada base, dengan kata lain, polaritasnya terbalik. Dengan demikian konfigurasi common emitter menghasilkan amplifikasi tegangan besar dan DC tingkat tegangan didefinisikan dengan baik dengan mengambil tegangan output dari seluruh collector seperti yang ditunjukkan dengan resistor RL mewakili beban di output.
Mudah-mudahan sekarang kita dapat menghitung nilai-nilai resistor yang diperlukan untuk transistor untuk beroperasi di tengah wilayah aktif liniernya, yang disebut titik diam atau titik Q, tetapi penyegaran cepat akan membantu kita memahami lebih baik bagaimana nilai-nilai amplifier itu diperoleh sehingga kita dapat menggunakan rangkaian di atas untuk menemukan impedansi input dari penguat.
Pertama mari kita mulai dengan membuat beberapa asumsi sederhana tentang rangkaian penguat common emitter satu tahap di atas untuk menentukan titik operasi transistor. Penurunan tegangan melintasi resistor Emitter, VRE = 1.5V, arus diam, IQ = 1mA, gain arus (Beta) dari transistor NPN adalah 100 ( β = 100 ), dan frekuensi sudut atau breakpoint dari amplifier diberikan sebagai: ƒ-3dB = 40Hz.
Sebagai arus diam tanpa sinyal input mengalir melalui Collector dan Emitter dari transistor, maka kita dapat mengatakan bahwa: IC = IE = IQ = 1mA. Jadi dengan menggunakan Hukum Ohm:
Dengan transistor diaktifkan sepenuhnya-ON (saturasi), jatuh tegangan pada resistor Collector, Rc akan menjadi setengah dari Vcc - VRE untuk memungkinkan ayunan sinyal output maksimum dari puncak ke puncak di sekitar titik pusat tanpa memotong output sinyal.
Perhatikan bahwa DC tidak ada sinyal gain tegangan dari penguat dapat ditemukan dari -RC/RE. Perhatikan juga bahwa kenaikan tegangan bernilai negatif karena fakta bahwa sinyal output telah terbalik sehubungan dengan sinyal input asli.
Karena transistor NPN maju bias, persimpangan Base-Emitter bertindak seperti dioda bias maju sehingga Base akan 0.7 volt lebih positif daripada tegangan Emitter (Ve + 0,7V), oleh karena itu tegangan melintasi resistor Base R2 akan:
VR2 = VRE + VBE = 1.5 + 0.7 = 2.2V
Jika dua resistor bias sudah diberikan, kita juga dapat menggunakan rumus pembagi tegangan standar berikut untuk menemukan tegangan dasar Vb di R2 .
Informasi yang diberikan menyatakan bahwa arus diam adalah 1mA. Dengan demikian transistor bias dengan arus Collector 1mA di supply 12 volt, Vcc. Arus collector ini sebanding dengan arus base sebagai Ic = β*Ib. Gain arus DC, Beta ( β ) dari transistor diberikan sebagai 100, maka arus Base yang mengalir ke transistor adalah:
Rangkaian bias DC yang dibentuk oleh jaringan pembagi tegangan R1 dan R2 menentukan titik operasi DC. Tegangan Base sebelumnya dihitung pada 2.2 volt maka kita perlu menetapkan rasio yang tepat dari R1 ke R2 untuk menghasilkan nilai tegangan ini di supply 12 volt, Vcc.
Umumnya, untuk jaringan biasing pembagi tegangan standar DC dari rangkaian penguat common emitter, arus yang mengalir melalui resistor yang lebih rendah, R2 sepuluh kali lebih besar dari arus DC yang mengalir ke Base. Maka nilai resistor, R2 dapat dihitung sebagai:
Tegangan yang turun melintasi Resistor R1 akan menjadi tegangan supply minus tegangan bias Base. Juga jika resistor R2 membawa 10 kali arus basis, resistor atas R1 dari rantai seri harus melewati arus R2 ditambah transistor arus basis aktual, Ib. Dengan kata lain, 11 kali arus base seperti yang ditunjukkan.
Untuk penguat amplifier common emitter, reaktansi Xc dari kapasitor bypass Emitter biasanya sepersepuluh (1/10) nilai resistor Emitter, RE pada titik frekuensi cut-off. Spesifikasi amplifier memberikan frekuensi sudut -3dB dari 40Hz, maka nilai kapasitor CE dihitung sebagai:
Sekarang kita memiliki nilai yang ditetapkan untuk rangkaian penguat common emitter kita di atas, kita sekarang dapat melihat menghitung impedansi input dan output penguat serta nilai kapasitor kopling C1 dan C2 .
Namun ketika sinyal AC diterapkan pada input, karakteristik rangkaian berubah karena kapasitor bertindak sebagai rangkaian pendek pada frekuensi tinggi dan melewati sinyal AC. Rumus umum untuk impedansi input AC dari sebuah amplifier yang melihat ke dalam Base diberikan sebagai ZIN = REQ||β(RE + re).
Di mana REQ adalah resistansi yang setara ke ground (0v) dari jaringan biasing di seluruh Base, dan re adalah resistansi sinyal internal dari lapisan Emitter yang forward bias. Kemudian jika kita menyingkat catu daya 12 volt, Vcc ke ground karena Vcc muncul sebagai kependekan dari sinyal AC, kita dapat menggambar ulang rangkaian common emitter di atas sebagai berikut:
Kemudian kita dapat melihat bahwa dengan tegangan supply korsleting, ada sejumlah resistor paralel di seluruh transistor. Dengan mengambil sisi input dari penguat transistor saja dan memperlakukan kapasitor C1 sebagai hubungan pendek ke sinyal AC, kita dapat menggambar ulang rangkaian di atas untuk menentukan impedansi input penguat sebagai:
Kami mengatakan dalam tutorial sebelumnya Penguat Common Emitter bahwa ketahanan sinyal internal lapisan Emitter adalah sama dengan hasil dari 25mV ÷ Ie dengan ini 25mV nilai drop volt internal dan IE = IQ. Kemudian untuk rangkaian penguat kami di atas resistansi AC nilai re dari dioda emitter diberikan sebagai:
Di mana re merupakan resistor internal kecil secara seri dengan Emitter. Karena Ic/Ib = β, maka nilai impedansi Base transistor akan sama dengan β*re.
Perhatikan bahwa jika kapasitor bypass CE tidak termasuk dalam desain amplifier, maka nilainya menjadi: β(RE + re) secara signifikan meningkatkan impedansi input amplifier.
Dalam contoh kami kapasitor bypass, CE disertakan, oleh karena itu impedansi input, ZIN dari penguat Common Emitter adalah impedansi input "dilihat" oleh sumber AC yang menggerakkan penguat dan dihitung sebagai:
2.2kΩ ini adalah impedansi input yang melihat ke terminal input amplifier. Jika nilai impedansi dari sinyal sumber diketahui, dan dalam contoh sederhana kami di atas diberikan sebagai 1kΩ , maka nilai ini dapat ditambahkan atau dijumlahkan dengan ZIN jika diperlukan.
Tapi mari kita asumsikan selama satu menit bahwa rangkaian kita tidak memiliki kapasitor bypass, CE terhubung. Apa yang akan menjadi impedansi input penguat tanpa itu.
Persamaannya akan tetap sama kecuali untuk penambahan RE di bagian β (RE + re) dari persamaan karena resistor tidak akan lagi disingkat pada frekuensi tinggi. Maka impedansi input unbypassed dari rangkaian amplifier kami tanpa CE adalah:
Kemudian kita dapat melihat bahwa dimasukkannya kapasitor bypass leg Emitter membuat perbedaan besar pada impedansi input rangkaian karena impedansi turun dari 15.8kΩ tanpa 2.2kΩ dengan itu dalam rangkaian contoh kami. Kita akan melihat nanti bahwa penambahan kapasitor bypass ini, CE juga meningkatkan penguatan (amplifier).
Nilai impedansi penguat sangat penting untuk analisis terutama ketika mengalirkan masing-masing penguat secara bersama-sama untuk meminimalkan distorsi sinyal. Impedansi input dari sebuah penguat atau amplifier adalah impedansi input “dilihat” oleh sumber penggerak input dari penguat. Jika terlalu rendah, itu dapat memiliki efek pembebanan yang merugikan pada tahap sebelumnya dan mungkin memengaruhi respons frekuensi dan tingkat sinyal output dari tahap itu.
Tetapi dalam sebagian besar penerapan/aplikasi, common emitter dan rangkaian penguat common collector umumnya memiliki impedansi input yang tinggi. Beberapa jenis desain penguat (amplifier), seperti rangkaian penguat common collector secara otomatis memiliki impedansi input tinggi dan impedansi output rendah sesuai dengan sifat desainnya.
Penguat atau Amplifier dapat memiliki impedansi input yang tinggi, impedansi output yang rendah, dan hampir semua gain sewenang-wenang, tetapi jika impedansi input amplifier lebih rendah dari yang diinginkan, impedansi output dari tahap sebelumnya dapat disesuaikan untuk mengkompensasi atau jika ini tidak mungkin maka tahap penguat buffer mungkin dibutuhkan.
Selain amplifikasi tegangan ( Av ), rangkaian penguat juga harus memiliki amplifikasi arus ( Ai ). amplification daya ( Ap ) juga dapat diharapkan dari rangkaian penguat. Tetapi selain memiliki tiga karakteristik penting ini, rangkaian penguat (amplifier) juga harus memiliki karakteristik lain seperti impedansi input tinggi ( ZIN ), impedansi output rendah ( ZOUT ) dan beberapa derajat bandwidth, ( Bw ). Bagaimanapu juga, amplifier "sempurna" akan memiliki impedansi input tak terbatas dan impedansi output nol.
Impedansi Input dan Output
Dalam banyak hal, penguat (amplifier) dapat dianggap sebagai jenis "kotak hitam" yang memiliki dua terminal input dan dua terminal output seperti yang ditunjukkan.
Gagasan ini menyediakan model h-parameter sederhana dari transistor yang dapat kita gunakan untuk menemukan titik set DC dan parameter operasi penguat. Pada kenyataannya, salah satu terminal adalah umum antara input dan output yang mewakili ground atau nol volt.
Ketika melihat dari luar ke dalam, terminal-terminal ini memiliki impedansi input, ZIN dan impedansi output, ZOUT. Impedansi input dan output dari penguat adalah rasio tegangan terhadap arus yang mengalir masuk atau keluar dari terminal ini.
Impedansi input dapat tergantung pada supply sumber makan amplifier sedangkan impedansi output juga dapat bervariasi sesuai dengan impedansi beban, RL di terminal output. Sinyal input yang sedang diperkuat biasanya arus bolak-balik (AC) dengan rangkaian penguat mewakili beban, Z ke source/sumber.
Impedansi input penguat bisa puluhan ohm, (Ohm Ω ) hingga beberapa ribu ohm, (kilo-ohm kΩ ) untuk rangkaian transistor berbasis bipolar hingga jutaan ohm, (Mega-ohm MΩ ) untuk rangkaian transistor berbasis FET.
Ketika sumber dan beban sinyal terhubung ke amplifier, sifat listrik yang sesuai dari rangkaian amplifier dapat dimodelkan seperti yang ditunjukkan.
Model Impedansi Input dan Output
Di mana, VS adalah tegangan sinyal, RS adalah resistansi internal dari sumber sinyal, dan RL adalah resistansi beban yang terhubung melintasi output. Kita dapat memperluas ide ini lebih jauh dengan melihat bagaimana amplifier terhubung ke sumber dan beban.
Ketika amplifier terhubung ke sumber sinyal, sumber "melihat" impedansi input, Zin dari amplifier sebagai beban. Demikian juga, tegangan input, Vin adalah apa yang dilihat penguat di impedansi input, Zin. Kemudian input amplifier dapat dimodelkan sebagai rangkaian pembagi tegangan sederhana seperti yang ditunjukkan.
Model Rangkaian Input Penguat (Amplifier)
Gagasan yang sama berlaku untuk impedansi output amplifier. Ketika resistansi beban, RL terhubung ke output dari penguat, penguat menjadi sumber makan beban. Oleh karena itu, tegangan dan impedansi output secara otomatis menjadi tegangan sumber dan impedansi sumber untuk beban seperti yang ditunjukkan.
Model Rangkaian Output Penguat (Amplifier)
Kemudian kita dapat melihat bahwa karakteristik input dan output dari suatu penguat dapat dimodelkan sebagai jaringan pembagi tegangan sederhana. Penguat Amplifier itu sendiri dapat dihubungkan di Common Emitter (ground emitter), Common Collector (follower emitter) atau dalam konfigurasi Common Base.
Dalam tutorial ini kita akan melihat transistor bipolar yang terhubung dalam konfigurasi common emitter yang terlihat sebelumnya.
Penguat (Amplifier) Common Emitter
Konfigurasi common emitter klasik yang disebut menggunakan jaringan pembagi tegangan (beda potensial) untuk bias Base transistor. Catu daya Vcc dan resistor bias mengatur titik operasi transistor untuk melakukan dalam mode aktif maju.Dengan tidak ada aliran arus sinyal ke Base, tidak ada arus Collector, (transistor dalam cut-off) dan tegangan pada collector sama dengan tegangan supply, Vcc. Arus sinyal ke dalam base menyebabkan arus mengalir pada resistor collector, Rc menghasilkan penurunan tegangan yang menyebabkan tegangan collector turun.
Kemudian arah perubahan tegangan collector berlawanan dengan arah perubahan pada base, dengan kata lain, polaritasnya terbalik. Dengan demikian konfigurasi common emitter menghasilkan amplifikasi tegangan besar dan DC tingkat tegangan didefinisikan dengan baik dengan mengambil tegangan output dari seluruh collector seperti yang ditunjukkan dengan resistor RL mewakili beban di output.
Single-stage Penguat Common Emitter
Mudah-mudahan sekarang kita dapat menghitung nilai-nilai resistor yang diperlukan untuk transistor untuk beroperasi di tengah wilayah aktif liniernya, yang disebut titik diam atau titik Q, tetapi penyegaran cepat akan membantu kita memahami lebih baik bagaimana nilai-nilai amplifier itu diperoleh sehingga kita dapat menggunakan rangkaian di atas untuk menemukan impedansi input dari penguat.
Pertama mari kita mulai dengan membuat beberapa asumsi sederhana tentang rangkaian penguat common emitter satu tahap di atas untuk menentukan titik operasi transistor. Penurunan tegangan melintasi resistor Emitter, VRE = 1.5V, arus diam, IQ = 1mA, gain arus (Beta) dari transistor NPN adalah 100 ( β = 100 ), dan frekuensi sudut atau breakpoint dari amplifier diberikan sebagai: ƒ-3dB = 40Hz.
Sebagai arus diam tanpa sinyal input mengalir melalui Collector dan Emitter dari transistor, maka kita dapat mengatakan bahwa: IC = IE = IQ = 1mA. Jadi dengan menggunakan Hukum Ohm:
Dengan transistor diaktifkan sepenuhnya-ON (saturasi), jatuh tegangan pada resistor Collector, Rc akan menjadi setengah dari Vcc - VRE untuk memungkinkan ayunan sinyal output maksimum dari puncak ke puncak di sekitar titik pusat tanpa memotong output sinyal.
Perhatikan bahwa DC tidak ada sinyal gain tegangan dari penguat dapat ditemukan dari -RC/RE. Perhatikan juga bahwa kenaikan tegangan bernilai negatif karena fakta bahwa sinyal output telah terbalik sehubungan dengan sinyal input asli.
Karena transistor NPN maju bias, persimpangan Base-Emitter bertindak seperti dioda bias maju sehingga Base akan 0.7 volt lebih positif daripada tegangan Emitter (Ve + 0,7V), oleh karena itu tegangan melintasi resistor Base R2 akan:
VR2 = VRE + VBE = 1.5 + 0.7 = 2.2V
Jika dua resistor bias sudah diberikan, kita juga dapat menggunakan rumus pembagi tegangan standar berikut untuk menemukan tegangan dasar Vb di R2 .
Informasi yang diberikan menyatakan bahwa arus diam adalah 1mA. Dengan demikian transistor bias dengan arus Collector 1mA di supply 12 volt, Vcc. Arus collector ini sebanding dengan arus base sebagai Ic = β*Ib. Gain arus DC, Beta ( β ) dari transistor diberikan sebagai 100, maka arus Base yang mengalir ke transistor adalah:
Rangkaian bias DC yang dibentuk oleh jaringan pembagi tegangan R1 dan R2 menentukan titik operasi DC. Tegangan Base sebelumnya dihitung pada 2.2 volt maka kita perlu menetapkan rasio yang tepat dari R1 ke R2 untuk menghasilkan nilai tegangan ini di supply 12 volt, Vcc.
Umumnya, untuk jaringan biasing pembagi tegangan standar DC dari rangkaian penguat common emitter, arus yang mengalir melalui resistor yang lebih rendah, R2 sepuluh kali lebih besar dari arus DC yang mengalir ke Base. Maka nilai resistor, R2 dapat dihitung sebagai:
Tegangan yang turun melintasi Resistor R1 akan menjadi tegangan supply minus tegangan bias Base. Juga jika resistor R2 membawa 10 kali arus basis, resistor atas R1 dari rantai seri harus melewati arus R2 ditambah transistor arus basis aktual, Ib. Dengan kata lain, 11 kali arus base seperti yang ditunjukkan.
Untuk penguat amplifier common emitter, reaktansi Xc dari kapasitor bypass Emitter biasanya sepersepuluh (1/10) nilai resistor Emitter, RE pada titik frekuensi cut-off. Spesifikasi amplifier memberikan frekuensi sudut -3dB dari 40Hz, maka nilai kapasitor CE dihitung sebagai:
Sekarang kita memiliki nilai yang ditetapkan untuk rangkaian penguat common emitter kita di atas, kita sekarang dapat melihat menghitung impedansi input dan output penguat serta nilai kapasitor kopling C1 dan C2 .
Model Penguat (Amplifier) Base-Emitter
Rumus umum untuk impedansi input dari rangkaian apa pun adalah ZIN = VIN/IIN. Rangkaian bias DC mengatur titik “Q” operasi DC dari transistor dan sebagai kapasitor input, C1 bertindak sebagai rangkaian terbuka dan memblokir setiap tegangan DC, pada DC (0Hz) impedansi input ( ZIN ) dari rangkaian akan menjadi sangat tinggi.Namun ketika sinyal AC diterapkan pada input, karakteristik rangkaian berubah karena kapasitor bertindak sebagai rangkaian pendek pada frekuensi tinggi dan melewati sinyal AC. Rumus umum untuk impedansi input AC dari sebuah amplifier yang melihat ke dalam Base diberikan sebagai ZIN = REQ||β(RE + re).
Di mana REQ adalah resistansi yang setara ke ground (0v) dari jaringan biasing di seluruh Base, dan re adalah resistansi sinyal internal dari lapisan Emitter yang forward bias. Kemudian jika kita menyingkat catu daya 12 volt, Vcc ke ground karena Vcc muncul sebagai kependekan dari sinyal AC, kita dapat menggambar ulang rangkaian common emitter di atas sebagai berikut:
Model Rangkaian Penguat Base-emitter
Kemudian kita dapat melihat bahwa dengan tegangan supply korsleting, ada sejumlah resistor paralel di seluruh transistor. Dengan mengambil sisi input dari penguat transistor saja dan memperlakukan kapasitor C1 sebagai hubungan pendek ke sinyal AC, kita dapat menggambar ulang rangkaian di atas untuk menentukan impedansi input penguat sebagai:
Impedansi Input Penguat Base-emitter
Kami mengatakan dalam tutorial sebelumnya Penguat Common Emitter bahwa ketahanan sinyal internal lapisan Emitter adalah sama dengan hasil dari 25mV ÷ Ie dengan ini 25mV nilai drop volt internal dan IE = IQ. Kemudian untuk rangkaian penguat kami di atas resistansi AC nilai re dari dioda emitter diberikan sebagai:
Resistansi Sinyal Kaki Emitter
Di mana re merupakan resistor internal kecil secara seri dengan Emitter. Karena Ic/Ib = β, maka nilai impedansi Base transistor akan sama dengan β*re.
Perhatikan bahwa jika kapasitor bypass CE tidak termasuk dalam desain amplifier, maka nilainya menjadi: β(RE + re) secara signifikan meningkatkan impedansi input amplifier.
Dalam contoh kami kapasitor bypass, CE disertakan, oleh karena itu impedansi input, ZIN dari penguat Common Emitter adalah impedansi input "dilihat" oleh sumber AC yang menggerakkan penguat dan dihitung sebagai:
Persamaan Impedansi Input
2.2kΩ ini adalah impedansi input yang melihat ke terminal input amplifier. Jika nilai impedansi dari sinyal sumber diketahui, dan dalam contoh sederhana kami di atas diberikan sebagai 1kΩ , maka nilai ini dapat ditambahkan atau dijumlahkan dengan ZIN jika diperlukan.
Tapi mari kita asumsikan selama satu menit bahwa rangkaian kita tidak memiliki kapasitor bypass, CE terhubung. Apa yang akan menjadi impedansi input penguat tanpa itu.
Persamaannya akan tetap sama kecuali untuk penambahan RE di bagian β (RE + re) dari persamaan karena resistor tidak akan lagi disingkat pada frekuensi tinggi. Maka impedansi input unbypassed dari rangkaian amplifier kami tanpa CE adalah:
Impedansi Input tanpa Kapasitor Bypass
Kemudian kita dapat melihat bahwa dimasukkannya kapasitor bypass leg Emitter membuat perbedaan besar pada impedansi input rangkaian karena impedansi turun dari 15.8kΩ tanpa 2.2kΩ dengan itu dalam rangkaian contoh kami. Kita akan melihat nanti bahwa penambahan kapasitor bypass ini, CE juga meningkatkan penguatan (amplifier).
Dalam perhitungan kami untuk menemukan impedansi input amplifier, kami mengasumsikan bahwa kapasitor dalam rangkaian memiliki impedansi nol ( Xc = 0 ) untuk arus sinyal AC, serta impedansi tak terbatas ( Xc = ∞ ) untuk arus bias DC.
Sekarang kita tahu impedansi input bypass dari rangkaian amplifier, kita dapat menggunakan nilai 2.2kΩ ini untuk menemukan nilai kapasitor kopling input, C1 diperlukan pada titik frekuensi cut-off yang ditentukan yang sebelumnya diberikan sebagai 40Hz. Karena itu:
Sekarang kita tahu impedansi input bypass dari rangkaian amplifier, kita dapat menggunakan nilai 2.2kΩ ini untuk menemukan nilai kapasitor kopling input, C1 diperlukan pada titik frekuensi cut-off yang ditentukan yang sebelumnya diberikan sebagai 40Hz. Karena itu:
Persamaan Kapasitor Kopling Input
Sekarang kita memiliki nilai untuk impedansi input dari rangkaian penguat Common Emitter single-stage (satu tahap) kita di atas, kita juga dapat memperoleh ekspresi untuk impedansi output dari penguat dengan cara yang sama.
Impedansi Output dari Penguat Amplifier
Impedansi Output dari sebuah penguat dapat dianggap sebagai impedansi (atau resistansi ) bahwa beban melihat “melihat kembali” ke amplifier ketika input adalah nol. Bekerja pada prinsip yang sama seperti yang kita lakukan untuk impedansi input, rumus umum untuk impedansi output dapat diberikan sebagai: ZOUT = VCE/IC.
Namun arus sinyal yang mengalir di resistor collector, RC juga mengalir di resistor beban, RL sebagai dua dihubungkan secara seri di Vcc.
Kemudian lagi, dengan mengambil sisi output dari penguat transistor saja dan memperlakukan kapasitor kopling output C2 sebagai hubungan pendek ke sinyal AC, kita dapat menggambar ulang rangkaian di atas untuk menentukan impedansi output penguat sebagai:
Kemudian lagi, dengan mengambil sisi output dari penguat transistor saja dan memperlakukan kapasitor kopling output C2 sebagai hubungan pendek ke sinyal AC, kita dapat menggambar ulang rangkaian di atas untuk menentukan impedansi output penguat sebagai:
Rangkaian Impedansi Output Penguat Amplifier
Kemudian kita dapat melihat bahwa resistansi sinyal output sama dengan RC secara paralel dengan RL memberikan kita resistansi output:
Persamaan Impedansi Output
Perhatikan bahwa nilai 833Ω ini dihasilkan dari fakta bahwa resistansi beban terhubung melintasi transistor. Jika RL dihilangkan, maka impedansi output dari penguat akan sama dengan resistor Collector, RC saja.
Sekarang kita memiliki nilai untuk impedansi output dari rangkaian penguat kita di atas, kita dapat menghitung nilai output kapasitor kopling, C2 seperti sebelumnya pada titik frekuensi cut-off 40Hz.
Persamaan Kapasitor Kopling Output
Sekali lagi nilai coupling kapasitor C2 dapat dihitung baik dengan atau tanpa dimasukkannya beban resistor RL.
Gain Tegangan Common Emitter
Gain tegangan dari rangkaian common emitter diberikan sebagai Av = ROUT/ REMITTER di mana ROUT mewakili impedansi output seperti yang terlihat pada kaki Collector dan REMITTER sama dengan resistansi setara di kaki Emitter baik dengan atau tanpa kapasitor bypass terhubung.
Tanpa kapasitor bypass CE terhubung, ( RE + re ).
dan dengan kapasitor bypass CE terhubung, ( re ) saja.
Kemudian kita dapat melihat bahwa dimasukkannya kapasitor bypass dalam desain penguat membuat perubahan dramatis terhadap kenaikan tegangan, Av dari rangkaian common emitter kita dari 0.5 menjadi 33.
Hal ini juga menunjukkan bahwa gain common emitter tidak masuk hingga tak terbatas ketika resistor emitter eksternal disingkat oleh kapasitor bypass pada frekuensi tinggi tetapi sebagai gantinya mendapatkan nilai terbatas ROUT/re.
Hal ini juga menunjukkan bahwa gain common emitter tidak masuk hingga tak terbatas ketika resistor emitter eksternal disingkat oleh kapasitor bypass pada frekuensi tinggi tetapi sebagai gantinya mendapatkan nilai terbatas ROUT/re.
Kita juga telah melihat bahwa ketika gain naik, impedansi input turun dari 15.8kΩ tanpa ke 2.2kΩ dengannya. Peningkatan gain tegangan dapat dianggap sebagai keuntungan di sebagian besar rangkaian penguat dengan mengorbankan impedansi input yang lebih rendah.
Ringkasan Impedansi Input dan Output
Dalam tutorial ini kita telah melihat bahwa impedansi input dari penguat common emitter dapat ditemukan dengan hubung singkat tegangan supply dan memperlakukan rangkaian bias pembagi tegangan sebagai Resistor secara Paralel.
Impedansi “terlihat” melihat ke dalam jaringan pembagi (R1||R2) umumnya jauh lebih kecil daripada impedansi yang melihat langsung ke dalam base transistor, β (RE + re) ketika sinyal input AC mengubah bias pada base dari transistor mengendalikan aliran arus melalui transistor.
Impedansi “terlihat” melihat ke dalam jaringan pembagi (R1||R2) umumnya jauh lebih kecil daripada impedansi yang melihat langsung ke dalam base transistor, β (RE + re) ketika sinyal input AC mengubah bias pada base dari transistor mengendalikan aliran arus melalui transistor.
Ada banyak cara untuk bias transistor. Dengan demikian, ada banyak rangkaian penguat transistor tunggal yang praktis, masing-masing dengan persamaan dan nilai impedansi inputnya sendiri. Jika Anda memerlukan impedansi input seluruh tahap plus impedansi sumber, maka Anda harus mempertimbangkan Rs resistor secara seri dengan bias base juga, ( Rs + R1 || R2 ).
Impedansi output dari tahap common emitter adalah sama dengan resistor collector secara paralel dengan beban resistor ( RC||RL ) jika terhubung sebaliknya yang hanya RC. Gain tegangan, Av penguat tergantung pada RC/RE.
Bypass Kapasitor Emitter, CE dapat memberikan jalan tanah AC untuk Emitter itu, hubung singkat output Resistor Emitter, RE hanya menyisakan sinyal resistansi Emitter, kembali di kaki Emitter. Efeknya adalah peningkatan gain penguat (dari 0.5 menjadi 33) pada frekuensi tinggi tetapi juga penurunan nilai impedansi input amplifier, (dari 18.5 kΩ menjadi 2.2 kΩ).
Dengan kapasitor bypass ini dilepas, tegangan amplifier bertambah, Av berkurang dan ZIN bertambah. Salah satu cara untuk mempertahankan jumlah gain tetap dan impedansi input adalah dengan memasukkan tambahan resistor secara seri dengan CE untuk menciptakan apa yang disebut rangkaian penguat "split-emitter" yang merupakan pertukaran antara penguat yang tidak dilewati dan penguat yang sepenuhnya dilewati rangkaian.
Perhatikan bahwa penambahan atau penghapusan kapasitor bypass ini tidak berpengaruh pada impedansi output amplifier.
Perhatikan bahwa penambahan atau penghapusan kapasitor bypass ini tidak berpengaruh pada impedansi output amplifier.
Kemudian kita dapat melihat bahwa impedansi input dan output dari sebuah penguat dapat memainkan peran penting dalam mendefinisikan karakteristik transfer penguat sehubungan dengan hubungan antara arus output, Ic dan arus input, Ib.
Mengetahui impedansi input amplifier dapat membantu untuk membuat grafik serangkaian kurva karakteristik output untuk penguat amplifier.
Mengetahui impedansi input amplifier dapat membantu untuk membuat grafik serangkaian kurva karakteristik output untuk penguat amplifier.