Besteht der Hauptzweck der Kaskodierung darin, die Verstärkung von FETs zu erhöhen?

Dies geschieht hauptsächlich, um den Ausgangswiderstand zu erhöhen und/oder den Miller-Effekt zu reduzieren.

Ein Beispiel für die Erhöhung des Ausgangswiderstands ist der Kaskoden-Stromspiegel.

Ein Beispiel für die Milderung des Miller-Effekts ist ein normaler Kaskodenverstärker. Natürlich erhöht dies auch den Ausgangswiderstand, aber ein treibender Grund ist die Milderung des Miller-Effekts.

Die Verstärkung nimmt nicht zu (obwohl die Bandbreite aufgrund des abgeschwächten Miller-Effekts steigt), weil der erste Transistor keine Spannungsverstärkung (Spannungsverstärkung von 1) hat, aber eine Stromverstärkung liefert. Der nächste Transistor liefert die Spannungsverstärkung. Wenn Sie rechnen, ergibt sich (Ignorieren von Parasiten und Nähern), dass die Verstärkung des regulären Common-Emitter- oder Common-Source-Verstärkers übereinstimmt:$R_L/R_{ee}$

In einer Schaltung mit gemeinsamer Basis hat die Miller-Kapazität keinen Einfluss mehr auf die Hochfrequenzverstärkung, die durch negative Rückkopplung abgeschwächt wird. Die 2. Stufe des kaskadierten Paares ist also das Beste, was Sie bekommen können. Das Clevere daran ist, dass der Emitter dieses Ausgangstransistors nahe genug auf einer konstanten Spannung gehalten wird, was bedeutet, dass der erste Transistor auch Miller-Effekte dramatisch reduziert hat.

Ich kenne keinen anderen Grund als die Verringerung der Miller-Effekte an beiden Transistoren für die Verwendung eines Kaskodenverstärkers, sei es bipolar oder auf FET-Basis.

Kaskoden sind:

1. Wird als Verstärkungselement in Verstärkerstufen verwendet, wenn der Miller-Effekt ein Problem darstellt.
2. Wird in Stromquellen und als nichtlineare Lasten verwendet, bei denen der Ausgangswiderstand eines einzelnen BJT nicht ausreicht.
3. in der Lage, den Early Effect in einem der BJTs nahezu zu eliminieren, indem sein Kollektor auf einer festen Spannung gehalten wird. Da kleinere Geräte tendenziell kleinere Early-Spannungen haben, bietet die Kaskodierung dieser kleineren/schnelleren Geräte eine Option zur Wiederherstellung eines Teils der sonst verlorenen Leistung.

Ich habe in diesem kostenlosen Online-Simulator eine Vergleichsschaltung für Kaskoden- und Einzeltransistorverstärker erstellt:

https://www.systemvision.com/design/compare-cascode-vs-single-mosfet-amplifier

In den gezeigten Simulationsergebnissen können Sie die erhöhte Bandbreite der Kaskoden-Verstärkerschaltung sowohl im Zeitbereich (mit 5-MHz-Eingang für beide Schaltungen) als auch im Wechselstrom- oder Frequenzbereich sehen. Die Transistormodelle sind alle identisch und haben eine Rückübertragungskapazität Crss, die auf 10 pF eingestellt ist.

Im Fall des Einzeltransistorverstärkers erhöht der Miller-Effekt die effektive Eingangskapazität um einen Faktor von (1,0 + gfs*Rload) oder das 16-fache ihres Nennwerts. Diese Kapazität von 160 pF bildet zusammen mit dem kleinen Rest-Ciss zusammen mit dem Eingangsquellenwiderstand von 500 Ohm einen RC-Tiefpassfilter, der die Verstärkung des Verstärkers mit einem Pol bei knapp unter 2 MHz absenkt.

Die Kaskodenschaltung vermeidet diesen Miller-Effekt, da der untere Transistor m2 fast keine Spannungsverstärkung hat, sodass die effektive Eingangskapazität nur Ciss beträgt, in diesem Beispiel 20 pF. Sie sehen die entsprechend größere Verstärkerbandbreite.

Beachten Sie, dass die Schaltungssonden bewegt werden können, um andere Zeit- oder Frequenzbereichssignale zu betrachten, und Komponentenparameterwerte durch Doppelklicken auf ein beliebiges Teil beobachtet werden können. Die Schaltung kann auch kopiert und gespeichert werden, sodass der Benutzer alle gewünschten Änderungen vornehmen und erneut simulieren kann, um die Auswirkungen dieser Änderungen zu sehen.