Wzmacniacz kaskodowy na dwóch tranzystorach FET oraz na tranzystorze MOSFET z podwójną bramką

Wzmacniacz kaskodowy na dwóch tranzystorach FET oraz na tranzystorze MOSFET z podwójną bramką

r_211_11_3
Wzmacniacz kaskodowy to układ szeregowy z dwoma tranzystorami, który może być zbudowany z tranzystorów FET lub BJT.
Jako obwód FET, tranzystor wejściowy jest podłączony w konfiguracji wspólnego drenu (CD) lub wspólnego źródła (CS); część wyjściowa obwodu jest połączona, jako obwód ze wspólną bramką (CG).
Rezultatem jest bardzo stabilny wzmacniacz z zaletami obu typów, w tym wysokim wzmocnieniem, wysoką impedancją wejściową i doskonałą przepustowością.
Często obwód jest zbudowany z dopasowanych tranzystorów utworzonych na tym samym chipie, co zapewnia, że charakterystyka elektryczna jest prawie identyczna, a środowisko temperaturowe jest takie samo dla obu.
Istnieje wiele odmian i zastosowań wzmacniaczy kaskodowych.

Jedno z zastosowań można znaleźć we wzmacniaczach wysokiej częstotliwości i RF (częstotliwości radiowej), takich jak ten pokazany na rysunku 1.
Stopień wejściowy jest wzmacniaczem ze wspólnym źródłem, a jego obciążeniem jest wzmacniacz ze wspólną bramką podłączony w obwodzie drenu.
W pokazanym obwodzie, w układzie drenu zastosowano cewkę indukcyjną.
Zapewnia to niską rezystancję na DC i wysoką reaktancję na sygnał AC.
Wzmacniacz kaskodowy wykorzystujący tranzystory JFET zapewnia bardzo wysoką rezystancję wejściową i znacznie redukuje efekty pojemnościowe, aby umożliwić pracę przy znacznie wyższych częstotliwościach niż sam wzmacniacz ze wspólnym źródłem.
Pojemności wewnętrzne, które istnieją w każdym typie tranzystora, stają się znaczące przy wyższych częstotliwościach i zmniejszają wzmocnienie wzmacniaczy odwracających, jak jest charakterystyczne w efekcie Millera.
Pierwszy stopień to wzmacniacz CS (common source), który odwraca sygnał.
Jednak wzmocnienie jest bardzo niskie z powodu niskiej rezystancji wejściowej tego  wzmacniacza, który jest sterujący.
W rezultacie wpływ pojemności wewnętrznych na pasmo przenoszenia wysokich częstotliwości jest bardzo małe.
Drugi stopień to wzmacniacz CG, który nie odwraca sygnału, więc może mieć duże wzmocnienie bez pogarszania odpowiedzi wysokich częstotliwości.
Połączenie dwóch wzmacniaczy zapewnia to, co najlepsze z obu obwodów, skutkując wysokim wzmocnieniem, wysoką rezystancją wejściową i doskonałą charakterystyką wysokich częstotliwości.
Wzmocnienie napięciowe wzmacniacza kaskodowego na rysunku 1 jest iloczynem wzmocnień obu stopni CS i CG.
Jednak, jak wspomniano, wzmocnienie zapewnia przede wszystkim wzmacniacz CG (wzór 1).
Ponieważ Rd stopnia wzmacniacza CS jest rezystancją wejściową stopnia CG, a XL jest reaktancją cewki indukcyjnej w drenie stopnia CG, wzmocnienie napięcia wynosi (wzór 2)
zakładając, że transkonduktancje obu tranzystorów są w przybliżeniu takie same.
Z równania widać, że wzmocnienie napięcia rośnie wraz z częstotliwością, ponieważ zwiększa się XL.
Wraz ze wzrostem częstotliwości, ostatecznie efekty pojemnościowe stają się na tyle znaczące, że zaczynają zmniejszać wzmocnienie.
Rezystancja wejściowa do wzmacniacza kaskadowego to rezystancja wejściowa do stopnia CS (wzór 3).

 

Inną popularną opcją implementacji wzmacniacza kaskodowego jest zastosowanie tranzystora MOSFET z podwójną bramką, który umożliwia budowę wzmacniacza kaskodowego z pojedynczym tranzystorem.
Ponieważ konfiguracja kaskodowa zmniejsza pojemność wewnętrzną, tranzystor MOSFET z podwójną bramką jest przydatny w zastosowaniach o częstotliwości radiowej, takich jak wzmacniacz RF w układzie front end odbiornika.
Podobnie jak w przypadku dwóch tranzystorów JFET połączonych w kaskodzie, tranzystor MOSFET z podwójną bramką ma sygnał podłączony do jednej bramki, a druga bramka jest pojemnościowo sprzężona z masą prądu przemiennego.

r_211_11_4
Rysunek 2 przedstawia typowy tranzystor MOSFET z podwójną bramką podłączony, jako wzmacniacz kaskodowy.
##

Komentarze z Facebooka

Komentarze obecnie - OFF.