増幅器の入力・出力インピーダンス解析

トランジスタ増幅器の入力インピーダンスは回路トポロジーとバイアスによって大きく異なります。真のインピーダンスは複素数で周波数依存ですが、実用的な近似により3つの基本構成について明確な指針が得られます。

コレクタ共通（エミッタフォロワ）の入力抵抗は、単純にエミッタ抵抗に電流利得を乗じたものです：

R_in = \beta R_E

エミッタ共通段では内部エミッタ抵抗r_eeを考慮する必要があり、やや複雑です：

内部エミッタ抵抗は次式で与えられます：

r_ee = \dfrac{KT}{I_E}\quad \text{where}\quad K = 1.38\times10^{-23}\,\text{W·s/K},\;T \approx 300\,\text{K}

シリコントランジスタでは、定数はエミッタ電流1 mAあたり約26 mVに簡略化されます：

r_ee \approx \dfrac{26\,\text{mV}}{I_E\,(\text{A})}

したがって、エミッタ共通段の入力抵抗は：

R_in = \beta\,r_ee

例：β=100、エミッタバイアス1 mAの場合、

r_ee = \dfrac{26\,\text{mV}}{1\,\text{mA}} = 0.26\,\Omega
R_in = 100 \times 0.26\,\Omega = 26\,\Omega

外部エミッタ抵抗R_Eを含むコレクタ共通段のより正確な見積もりでは、入力抵抗は：

R_in = \beta\,(R_E + r_ee)

この同じ式はエミッタ抵抗を含むエミッタ共通構成にも適用されます。

ベース共通構成は著しく低い入力インピーダンスを持ち、本質的に内部エミッタ抵抗に等しいです：

R_in = r_ee

高い入力インピーダンスによりコレクタ共通は、水晶やセラミックマイクなどの高インピーダンスソースの駆動に最適です。ベース共通の低入力インピーダンスは、50 Ω同軸ケーブルフィードとのマッチングが必要なRF用途で有用です。エミッタ共通段は中程度の入力インピーダンスを提供し、ダイナミックマイクなどの中程度のソースに適しています。

3つの基本構成の出力インピーダンスは以下の図にまとめられています。エミッタ共通段の適度な出力インピーダンスが、汎用増幅タスクでの人気を説明しています。コレクタ共通段の非常に低い出力インピーダンスは、例えば4 Ωスピーカーへのトランスレス接続など、インピーダンスマッチングに活用されます。出力抵抗の閉形式表現も存在しますがより複雑です。詳細はR. Victor Jonesの導出を参照してください（参考文献[RVJ]）。

増幅器の入力・出力インピーダンス解析

増幅器特性はGEトランジスタマニュアル、図1.21から引用。

復習

上記の図を参照し、入出力インピーダンスの視覚的比較を確認してください。

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