MOSFET Cascode: intuitive Erklärung

Wie kann eine MOSFET-Kaskode intuitiv erklärt (nicht berechnet) werden?https://commons.wikimedia.org/wiki/File:MOSFET_Cascode.png#/media/File:MOSFET_Cascode.png

Insbesondere würde ich gerne wissen, warum der Ausgangswiderstand hoch ist und warum die Drain-Spannung des unteren MOSFET M2 stabilisiert ist, dh sich nur sehr wenig ändert, wenn die Ausgangsspannung (Out) geändert wird.

Wäre das eine richtige Erklärung?

  1. Die Spannung VG2 bestimmt den Strom, der in den Drain von M2 fließt. Dieser Strom muss für M1 gleich sein.
  2. Die Gate-Source-Spannung von M1 (= VG1 – Drain-Spannung von M2) wird so eingestellt, dass der Drain-Strom von M1 gleich dem Drain-Strom von M2 ist.
  3. Wenn die Ausgangsspannung (Out) geändert wird, würde sich der Drainstrom von M1 aufgrund der Kanallängenmodulation von M1 ändern. Da aber der Strom von M1 gleich dem Strom von M2 sein muss, ändert sich die Drain-Spannung von M2 (und damit die Gate-Source-Spannung von M2), sodass die Ströme wieder gleich sind. Und diese Änderung ist sehr gering, weil die I_drain(U_drain_source)-Kurve eines MOSFET relativ flach und die I_drain(U_Gate_Source)-Kurve eines MOSFET sehr steil ist. Daher bewirkt eine große Änderung der Out-Spannung eine sehr kleine Änderung der Drain-Spannung von M2 (die Spannung wird hier stabilisiert). Daher ändert sich der Strom nicht viel und der Ausgangswiderstand der Kaskode ist sehr hoch.
Wenn Sie Fragen zur hohen Ausgangsimpedanz stellen, beginnen Sie nicht am richtigen Punkt. Verstehen Sie, warum die Ausgangsimpedanz eines Verstärkers mit gemeinsamem Emitter (oder gemeinsamer Quelle) hoch ist?
Ja, die Ausgangsimpedanz eines Common-Source-Verstärkers ist hoch, weil die ID-VDS-Charakteristik des MOSFET in der Sättigung fast eine horizontale Linie zeigt. Rechts? Wenn also die obere Erklärung nicht genau ist, ist es überhaupt möglich, sie auf beschreibende Weise zu erklären, sagen wir basierend auf den MOSFET-Eigenschaften?
Ich mag Ihre Erklärung nicht, aber ich mag meine ... M1 ist ein Source-Follower, also legt er eine nahezu konstante Spannung am M2-Drain fest. Dies bedeutet, dass M2 nicht unter Miller-Kapazitätseffekten leidet. Strom durch den M2-Drain wird aufgrund der hohen Nachgiebigkeit der Stromquelle (normalerweise ein Widerstand) auf eine Spannung am M1-Drain übertragen.
OK. Danke!! Ich muss nachschlagen, was ein Source Follower ist, um Ihre Antwort zu verstehen.

Antworten (1)

Um diese Frage zu beantworten, werde ich versuchen, die obige Schaltung, die Sie Schritt für Schritt haben, aufzubauen und bei jedem Schritt intuitiv zu erklären. Der Einfachheit halber nehme ich N-MOSFET.

Wenn wir einen einfachen Transistor nehmen (der in Sättigung arbeitet), ist es eine Stromquelle. Daher sollte unter idealen Bedingungen bei Sättigung der Drain-Strom nicht von Uds abhängen, aber aufgrund der Kanallängenmodulation besteht eine geringe Abhängigkeit des Drain-Stroms von Uds. Grundsätzlich versucht die obige (fragliche) Kaskodenverbindung, die Spannungsschwankung am M2-Drain-Anschluss zu minimieren. Dies wird als "Abschirmeffekt" bezeichnet und ist für den hohen Ausgangswiderstand der Kaskodenstruktur verantwortlich.

Wenn wir nun eine einfache Widlar-Stromquelle betrachten, wie unten gezeigt,

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Diese Schaltung hat normalerweise aufgrund der Rückkopplungsverbindung eine hohe Ausgangsimpedanz. Das intuitive Verständnis dieser Schaltung hilft beim Verständnis von Kaskoden.

Betrieb: Wenn wir in dieser Schaltung einen Spannungssprung am Drain-Anschluss verursachen, ist der Spannungssprung am Widerstand (Source-Anschluss) sehr gering.

Das ist weil:

  1. Wenn wir Vout erhöhen, steigt Id.
  2. Je mehr Strom, desto mehr Spannungsabfall über R.
  3. Daher steigt das Quellenpotential und Ugs nimmt ab.
  4. Da Ugs abgenommen hat, nimmt auch Id ab.
  5. Der Strom wird also wieder reduziert, was den gleichen Spannungsabfall über R verursacht, der zuvor vorhanden war. (mehr oder weniger gleich)

Der Ausgangswiderstand wird ebenfalls erhöht, wie wir aus der obigen Erklärung gesehen haben. Da es sich um eine Rückkopplungsverbindung (Series-Series) handelt, kann der Ausgangswiderstand auch einfach berechnet und dramatisch um einen Faktor der Eigenverstärkung (gmRds) erhöht werden.

Die obige Struktur kann auch als Common-Gate-Transistor angesehen werden, da das Gate zwischen Eingang und Ausgang gemeinsam ist.

Jetzt in der Kaskode-Struktur in der Frage, es ist ein Common-Source- und Common-Gate-Cascode. Der am Drain-Anschluss von M2 gesehene Ausgangswiderstand ist Rds des Transistors M2. Unter Anwendung der gleichen Analogie, die wir in der Widlar-Stromquelle besprochen haben, ist die Schwankung am Ausgangsanschluss am Drain-Anschluss von M2 aufgrund des Transistors M1 geringer. Dies wird als Abschirmungseigenschaft und damit als hoher Ausgangswiderstand bezeichnet. Hoffe das hilft.

MOSFET Cascode: intuitive Erklärung
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 2v