Impedancia de salida baja vs. impedancia de salida alta de un amplificador

En general

La impedancia de salida de un amplificador es equivalente a una impedancia de fuente \ $ Z_ {S} \ $ desde la perspectiva de una carga con impedancia \ $ Z_ {L} \ $ . Piense en un divisor de voltaje donde \ $ V _ {\ text {out}} \ $ es el voltaje de salida del amplificador sin carga (es decir, \ $ Z_ {L} = \ infty \ $ ):

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

El voltaje entregado a la carga es

$$ V _ {\ text {load}} = \ frac {Z_ {L}} {Z_ {L} + Z_ {S}} V _ {\ text {out} } $$

Si \ $ Z_ {S} \ gg Z_ {L} \ $ entonces \ $ V _ {\ text { load}} \ approx 0 \ $ , lo cual es malo si está intentando amplificar un voltaje para la carga. Pero si \ $ Z_ {S} \ ll Z_ {L} \ $ entonces \ $ V _ {\ text {load} } \ approx V _ {\ text {out}} \ $ .

Para la amplificación de voltaje, desea una baja impedancia de salida de la etapa anterior y una alta impedancia de entrada de la siguiente etapa para maximizar la ganancia de voltaje.

Para la amplificación de corriente, desea lo contrario: alta impedancia de salida de la etapa anterior y baja impedancia de entrada de la siguiente etapa. Piense en un divisor de corriente: la corriente fluirá principalmente a través de la impedancia más baja, por lo que una impedancia de entrada baja de la siguiente etapa significa que la mayor parte de la corriente fluirá hacia la carga.

Su caso

\ $ R_ {C} \ $ en realidad forma parte de la carga para el emisor común: la carga total para el emisor común es \ $ R_ {C} \ | R_ {L} \ $ donde \ $ R_ {L} \ $ es la impedancia de entrada que examina la carga. Como en el caso general, usted desea maximizar la impedancia de entrada en la siguiente etapa, por lo que desea maximizar \ $ R_ {C} \ $ . En el caso límite donde \ $ R_ {S} = \ infty \ $ la única carga es la impedancia de entrada que mira la carga (es decir, \ $ R_ {L} \ $ ), que es la impedancia de carga máxima que puede obtener. En el caso límite en el que \ $ R_ {C} = 0 \ $ el recopilador está en corto a \ $ V_ {CC} \ $ y no puede haber ganancia de voltaje (el colector, que es el nodo de salida, solo está en corto a la fuente).

Para una salida de modo actual, desea alta impedancia. Para una salida de modo de voltaje, desea baja impedancia. Para una transferencia de potencia máxima, desea impedancias emparejadas. Una fuente de corriente ideal tiene una impedancia infinita, mientras que una fuente de voltaje ideal tiene una impedancia cero. En general, las personas trabajan con salidas de modo de voltaje, por lo que es prevalente la 'baja impedancia = buena'. En RF, todo coincide, generalmente a 50 ohmios (entradas y salidas). Esa salida es el modo actual, por lo que desea alta impedancia.

Además, Rc no es exactamente el impedace de salida. Si transforma esa resistencia y la fuente en un equivalente de Thevenin, entonces sería la impedancia de salida y establecerla en cero sería "ideal". Esto no es equivalente a establecer Rc en cero en su circuito.

Entonces, ¿qué está pasando? ¿Por qué es deseable una baja impedancia de salida? ¡Seguramente, algo debe estar mal con la forma en que estoy analizando el circuito!

Medwatt: la respuesta es simple: para un amplificador de voltaje (salida de voltaje) es deseable una baja impedancia de salida; sin embargo, un circuito simple como la etapa de emisor común no puede cumplir su deseo. Si desea seguir la guía para una resistencia de salida baja (ejemplo: Rc = 10 ohmios en el circuito del emisor común), prácticamente no tendrá ganancia. Eso significa: Buena resistencia de salida (baja) de un circuito que no se puede utilizar. Por lo tanto, es necesario un compromiso entre dos requisitos en conflicto (ganancia frente a la resistencia de salida).

Tenga en cuenta que tal compensación es necesaria en la mayoría de los circuitos electrónicos analógicos. Como consecuencia, se necesita una circuitería más complicada para tener una alta ganancia con una baja resistencia de salida, por ejemplo: un amplificador de dos etapas (emisor común en serie con colector común).

(Hace muchos años, había una canción: "No siempre puedes obtener lo que quieres".)