Einschwingverhalten auf Rechteckimpuls eines Kaskoden-Common-Source-Verstärkers

Auf dem Bild unten ist ein Kaskodenverstärker zu sehen. An den Eingang wird ein Rechteckimpuls mit einer Amplitude von 10 mV gesendet.

Aufgrund des großen negativen Verstärkungsfaktors des Kaskodenverstärkers nimmt der Ausgang zuerst ab (links vor dem Impuls) und steigt dann an (rechts vor dem Eingangssignal).

Was ich nicht verstehe ist, warum die Einschwingzeit rechts vorne viel länger ist als die Einschwingzeit links vorne. Das heißt, warum erfolgt der Übergang der Ausgabe von Max zu Min schnell, während der Übergang von Min zu Max viel Zeit in Anspruch nimmt? Oder mit anderen Worten, warum die Ausgangsantwort auf die linke und rechte Front des Eingangsimpulses nicht symmetrisch ist (rechts lang und links kurz).

Ich habe LTSpice für die Simulation verwendet. Für Langkanaltransistoren wurde das SPICE-Level-3-Modell verwendet.

Mehrere Hinweise, die ich herausgefunden habe. 1) Die Einschwingzeit vorne rechts ist bei größeren Lastwiderständen größer. Bei kleineren Lasten (z. B. 1 MOhm) wird das Verhalten symmetrisch. 2) Der Effekt hängt mit der Nichtlinearität von M2 zusammen. Die Reaktion ist symmetrisch für kleine Amplituden des Eingangssignals. Bei einer Amplitude des Eingangsimpulses von zB 1 mV ist der Ausgang symmetrisch (Einschwingzeiten sind gleich). Beachten Sie, dass M2 triodiert, wenn die Ausgangsspannung niedrig ist.

Abbildung: 1 Schema Abbildung:2 Eingangs- und Ausgangsantwort

Das LTSpice-Modell des Schaltplans und der wichtigsten Transistorparameter finden Sie hier

Antworten (1)

Dies ist eine sehr hochohmige Schaltung, und das bedeutet, dass parasitäre Effekte – insbesondere parasitäre Kapazitäten – wichtig sein werden.

Insbesondere weist der obere Transistor eine beträchtliche Kapazität auf, die seinem Drain-Anschluss zugeordnet ist. Wenn der Transistor einschaltet, kann er diese Kapazität sehr schnell entladen, da der Stromfluss gegen Masse praktisch unbegrenzt ist. Wenn der Transistor jedoch abschaltet, haben Sie nur eine feste Stromquelle, die diese Kapazität auflädt.

Qualitativ würden Sie eine lineare Rampe der Kondensatorspannung erwarten, aber in Ihrer Situation "stiehlt" der Lastwiderstand mit steigender Knotenspannung immer mehr des verfügbaren Stroms, sodass Sie am Ende eine exponentielle Kurve erhalten, deren Form variiert mit dem Lastwiderstand. Ein kleinerer Widerstand ergibt eine kürzere RC-Zeitkonstante.

Lieber Dave, danke für deine Hilfe. Sie haben den Grund für einen Kondensator zwischen Drain und Gate in M2 richtig herausgefunden. Nur für den Fall, dass ich den Link zum Bild vom Simulator anhänge, wo zu sehen ist, dass während des Schaltens ein Gate-Strom an M2 (Ig (M2) am Bild) fließt (ja, Strom durch das Gate) . Es gibt eine Stromspitze, wenn sich der Kondensator über Masse (über M1) entlädt, und einen relativ niedrigen Strom in der Ladephase (durch die Stromquelle oben). Ich denke also, es wäre richtig, Ihre Antwort als Lösung des Problems zu behandeln. Danke schön.
Vielleicht könnte es für jemanden nützlich sein. Das Entladen eines Kondensators ist in der Tat einfach und schnell: Schließen Sie einfach zwei Platten davon mit einem guten Leiter kurz, und der Kondensator entlädt sich schnell. Allerdings sei das Aufladen "herausfordernder". Wenn die Stromzufuhr begrenzt ist, dauert es eine Zeit gleich Q/I, wobei Q eine gespeicherte Ladung und I die Stromzufuhr ist. Wenn also Q groß und I klein ist, ist die Ladezeit groß.
Einschwingverhalten auf Rechteckimpuls eines Kaskoden-Common-Source-Verstärkers
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