Ich bin mir nicht sicher, wie „modisch“ diskretes Transistordesign heutzutage ist, aber jeder, der diskrete Transistoren, bipolar oder anders, für Hochgeschwindigkeitsdesigns außer zum Schalten verwendet, kennt wahrscheinlich Kaskode-Designs. Der Zweck eines Kaskodeverstärkers (nicht zu verwechseln mit einer Kaskade, die eine Kette von zwei oder mehr Verstärkern ist) besteht darin, die Millerkapazität zu isolieren. Die Miller-Kapazität ist die scheinbare Multiplikation der Basis-Kollektor- oder Drain-Source-Kapazität in einem invertierenden Verstärker. Dies kann einfach durch den größeren Spannungshub des Kollektors (oder Drains) erklärt werden. Der Effekt dieses Spannungshubs erhöht die scheinbare Kapazität im Vergleich zur Visualisierung des Drains als Wechselstrommasse. Dies kann in einem einfachen Beispiel veranschaulicht werden:
Die Leistung dieser Schaltung ist unten dargestellt:
Hinzufügen eines Kaskodes bei gleichbleibendem Kollektorstrom:
Liefert die folgenden Ergebnisse:
Also eine mehr als dreifache Verbesserung der 3dB-Bandbreite. Der theoretische Miller-Effekt wäre, die Basis-Kollektor-Kapazität um den Faktor (1 + G) zu erhöhen, wobei -G die Verstärkung der Stufe ist. Die Basis-Kollektor-Kapazität ist jedoch nicht der einzige Faktor, der die Bandbreite beeinflusst, sodass die Bandbreitenverbesserung nicht das 28-fache ist, auf das Sie mit dieser Gleichung hoffen könnten!
Die Verbesserung hängt von der Quellenimpedanz, der Lastkapazität und der Verstärkung sowie den Eigenschaften des verwendeten Geräts ab. Der Kaskode-Transistor muss nicht die gleiche Teilenummer wie der Verstärkertransistor haben und muss nicht einmal vom gleichen Typ sein. Zum Beispiel könnten Sie einen bipolaren Kaskode-Transistor mit einem HEMT (High Electron Mobility Transistors) oder GaAsFET verwenden:
Die Verbesserung der Bandbreite wird unten gezeigt:
Nicht, dass diese Schaltungen nur den Effekt veranschaulichen sollen, anstatt exakte Designs zu sein zu folgen. Ein wichtiger Faktor, den Sie beim Hinzufügen eines Kaskode-Transistors beachten sollten, ist, dass er etwas Spannungsspielraum benötigt. Sie müssen dies berücksichtigen, wenn Sie entscheiden, wo die Basis des Kaskodetransistors vorgespannt werden soll. Außerdem muss die Basis des Kaskodes ziemlich fest bei der gewählten Vorspannung gehalten werden. Wenn Sie es nicht mit einer niedrigen Impedanz vorspannen und es dynamisch bewegen lassen, hat es unerwünschte Auswirkungen.
Der Kaskode-Verstärker kann je nach Standpunkt unterschiedlich betrachtet werden. Eine Sichtweise ist, dass der Kaskode-Transistor einfach darin besteht, dass er den Strom durch den Emitter zu seinem Kollektor leitet (abzüglich eines Basisstroms), während verhindert wird, dass sich der Emitter bewegt, was der wichtige Punkt ist. Eine andere Art, den Kaskode zu betrachten, ist ein gemeinsamer Basisverstärker. Ein gemeinsamer Basisverstärker hat eine niedrige Eingangsimpedanz, die die Eigenschaft ist, die erforderlich ist, um den Miller–Effekt auf der Verstärkungsstufe des gemeinsamen Emitters zu verhindern – wenn sich der Kollektor des gemeinsamen Emitterverstärkers nicht bewegen kann, kann er die Basis-Kollektor-Kapazität nicht verstärken.
Abhängig von den Eigenschaften der einzelnen Geräte kann es vorteilhaft sein, etwas anderes als einen Bipolartransistor für den Kaskoden wie einen HEMT zu verwenden. Die folgende Grafik veranschaulicht die Verbesserung der Bandbreite durch die Verwendung eines HEMT für den Kaskoden- sowie den invertierenden Verstärkertransistor.
