¿Qué es un amplificador cascode?

No estoy seguro de cuán «de moda» es el diseño de transistores discretos hoy en día, pero cualquiera que use transistores discretos, bipolares o de otro tipo, para diseños de alta velocidad que no sean para conmutación, probablemente sepa acerca de los diseños de cascode. El propósito de un amplificador de casode (que no debe confundirse con cascade, que es una cadena de dos o más amplificadores) es aislar la capacitancia del molinero. La capacitancia Miller es la multiplicación aparente de la capacitancia del colector de base o de la fuente de drenaje en un amplificador inverso. Esto se puede explicar simplemente debido a la oscilación de voltaje más amplia del colector (o drenaje). El efecto de este oscilación de voltaje aumenta la capacitancia aparente en comparación con la visualización del drenaje como una tierra de CA. Esto se puede ilustrar en un simple ejemplo:

oscilación de voltaje

El rendimiento de este circuito se muestra a continuación:

rendimiento del circuito

Añadiendo un código de casquillo manteniendo la corriente del colector igual:

colector de filtro casode same

Da los siguientes resultados:

resultados de casode

Así, una mejora de más de tres veces en el ancho de banda de 3dB. El efecto teórico de Miller sería aumentar la capacitancia del colector base en un factor de (1 + G) donde-G es la ganancia de la etapa. Sin embargo, la capacitancia del colector base no es el único factor que afecta el ancho de banda, por lo que la mejora del ancho de banda no es el 28x que podría esperar usar esa ecuación.

La mejora depende de la impedancia de la fuente, la capacitancia de carga y la ganancia, así como de las características del dispositivo utilizado. El transistor de casode no tiene que ser el mismo número de pieza que el transistor de amplificación y, de hecho, ni siquiera tiene que ser del mismo tipo. Por ejemplo, puede usar un transistor de casode bipolar con un HEMT (transistores de alta movilidad electrónica) o GaAsFET:

GaAsFET

La mejora en el ancho de banda se muestra a continuación:

Resultados de GaAsFET

No es que estos circuitos sean simplemente para ilustrar el efecto en lugar de ser diseños exactos a seguir. Un factor importante a tener en cuenta al agregar un transistor de casode es que necesita algo de espacio libre de voltaje. Debe tener en cuenta esto al decidir dónde sesgar la base del transistor casode. Además, la base de la carcasa debe mantenerse bastante sólida a la tensión de polarización elegida. Si no lo sesga con una impedancia baja y permite que se mueva dinámicamente alrededor de él, tendrá efectos indeseables.

El amplificador casode se puede ver de diferentes maneras dependiendo de su punto de vista. Una forma de verlo es que el transistor de casode es simplemente que pasa la corriente a través del emisor a su colector (menos algo de corriente de base) mientras evita que el emisor se mueva, que es el punto importante. Otra forma de ver el código es como un amplificador de base común. Un amplificador de base común tiene una impedancia de entrada baja que es la característica requerida para evitar el efecto Miller en la etapa de ganancia del emisor común: si el colector del amplificador emisor común no puede moverse, no puede amplificar la capacitancia del colector base.

Dependiendo de las características de los dispositivos individuales, podría ser beneficioso usar algo que no sea un transistor bipolar para el código, como un HEMT. El gráfico a continuación ilustra la mejora en el ancho de banda al usar un HEMT para el casode, así como el transistor del amplificador inverso.

Mejora de HEMT

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