カスコードアンプ

C-B（コモンベース）アンプはC-E（エミッタ接地）構成よりも広い帯域幅で知られていますが、C-Bの低い入力インピーダンス（数十Ω）は多くのアプリケーションの制限です。解決策は、C-Bステージの前に、適度に高い入力インピーダンス（kΩs）を持つ低ゲインのC-Eステージを配置することです。

ステージは カスコード 標準のアンプチェーンのカスケード接続ではなく、直列にスタックされた構成。

「コンデンサ結合3段エミッタ接地増幅器」カスケードの例として結合されたコンデンサ。カスコードアンプ構成は、広い帯域幅と適度に高い入力インピーダンスの両方を備えています。

カスコード増幅器は、エミッタ接地とベース接地を組み合わせたものです。これは、バッテリーとコンデンサーを短絡に置き換えたものと同等のAC回路です。

帯域幅の静電容量とミラー効果

カスコード構成の広い帯域幅を理解するための鍵は、ミラー効果です。 。 ミラー効果 は、帯域幅を奪うコレクタベース容量に電圧ゲインAを掛けたものです。 v 。 このC-B容量はE-B容量よりも小さくなっています。したがって、C-B容量はほとんど効果がないと考えられます。ただし、C-E構成では、コレクタ出力信号はベースの入力と位相がずれています。容量結合されたコレクター信号は、ベース信号に対抗します。さらに、コレクタフィードバックはベース信号の（1-Av）倍です。 Avは反転C-Eアンプの負の数であることに注意してください。したがって、小さなC-B容量は、実際の値の（1+ | Av |）倍になります。この容量性ゲイン低減フィードバックは周波数とともに増加し、C-Eアンプの高周波応答を低減します。

下の図のC-Eアンプのおおよその電圧利得は-RL / rEEです。バイアスによりエミッタ電流を1.0mAに設定します。 REE =26mV / IE =26mV / 1.0mA =26Ω。したがって、Av =-RL / REE =-4700/26 =-181です。 pn2222データシートリストCcbo =8 pF。[FAR]ミラー容量はCcbo（1-Av）です。ゲインAv =-181、ゲインを反転しているため負。 Cmiller =Ccbo（1-Av）=8pF（1-（-181）=1456pF

接地ベースはコレクタ信号がエミッタ入力にフィードバックされないようにシールドするため、コモンベース構成はミラー効果の影響を受けません。したがって、C-Bアンプの方が高周波応答が優れています。入力インピーダンスを適度に高くするには、C-Eステージが依然として望ましいです。重要なのは、C-Eステージのゲインを（約1に）減らし、ミラー効果のC-Bフィードバックを1・CCBOに減らすことです。合計C-Bフィードバックは、フィードバック容量1・CCBに実際の容量CCBを加えた合計2・CCBOです。これは181・CCBOからの大幅な削減です。 -2 C-Eステージのゲインのミラー容量は、Cmiller =Ccbo（1-Av）=Cmiller =Ccbo（1-（-1））=Ccbo・2です。

エミッタ接地ゲインを下げる方法は、負荷抵抗を下げることです。 C-Eアンプのゲインは約RC / REです。 1mAのエミッタ電流での内部エミッタ抵抗rEEは26Ωです。 26Ωの詳細については、「REEの導出」を参照してください。REEを参照してください。コレクタ負荷RCは、C-Eステージに負荷をかけるC-Bステージのエミッタの抵抗であり、再び26Ωです。 CEゲインアンプのゲインは、およそAv =RC / RE =26/26 =1です。このミラー容量は、Cmiller =Ccbo（1-Av）=8pF（1-（-1）=16pF）です。これで、ミラー効果を受けずに適度に高い入力インピーダンスCEステージが得られますが、CEdB電圧ゲインはありません。CBステージ高い電圧ゲイン、AV =-181を提供します。cascodeの電流ゲインはCEステージのβ、CBの場合は1、全体でβです。したがって、cascodeは、CEの入力インピーダンスが適度に高く、ゲインが高く、帯域幅が良好です。 CB。

SPICE：比較のためのカスコードとエミッタ接地。

カスコード対エミッタ接地アンプの比較

カスコード増幅器と比較のために、エミッタ接地増幅器の両方のSPICEバージョンを上の図に示します。ネットリストは以下の表にあります。 AC電源V3は、ノード4を介して両方の増幅器を駆動します。この回路のバイアス抵抗は、問題のカスコード接続の例で計算されています。

SPICE波形。可視性のために、入力に10を掛けることに注意してください。

AC入力および出力電圧を印刷するためのSPICEネットリスト。

 * XCircuitからのSPICE回路<03502.eps> v3.20 V1 19 0 10 Q1 13 15 0 q2n2222 Q2 3 2 A q2n2222 R1 19 13 4.7k V2​​ 16 0 1.5 C1 4 15 10n R2 15 16 80k Q3 A 5 0 q2n2222 V3 4 6 SIN（0 0.1 1k）ac 1 R3 1 2 80k R4 3 9 4.7k C2 2 0 10n C3 4 5 10n R5 5 6 80k V4 1 0 11.5 V5 9 0 20 V6 6 0 1.5 .model q2n2222 npn（is =19f bf =150 + vaf =100 ikf =0.18 ise =50p ne =2.5 br =7.5 + var =6.4 ikr =12m isc =8.7p nc =1.2 rb =50 + re =0.4 rc =0.3 cje =26p tf =0.5 n + cjc =11p tr =7n xtb =1.5 kf =0.032f af =1）.tran 1u 5m .AC DEC 10 1k 100Meg .end 

上の図の波形は、カスコードステージの動作を示しています。入力信号は、出力と一緒に表示できるように、10を掛けて表示されます。カスコード、エミッタ接地、およびVa（中間点）出力の両方が入力から反転されていることに注意してください。カスコードとエミッタ接地の両方が大きな振幅出力を持っています。 VaポイントのDCレベルは約10Vで、20Vとグランドの約中間です。信号は、C-Eゲイン1で説明できるよりも大きく、予想の3倍です。

カスコードvsエミッタ接地禁止幅。

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上の図は、カスコード増幅器とエミッタ接地増幅器の両方に対する周波数応答を示しています。リストから抽出された、AC分析を担当するSPICEステートメント：

 V3 4 6 SIN（0 0.1 1k）ac 1 .AC DEC 10 1k 100Meg 

V3ステートメントの最後に「ac1」が必要であることに注意してください。カスコードは、ミッドバンドゲインがわずかに優れています。ただし、主に、各アンプのミッドバンドゲインから、-3dBポイントで測定された帯域幅を探しています。これは、上の図の垂直の実線で示されています。ナツメグから画面、SPICEグラフィカルビューア（コマンド、最初の行）に関心のあるデータを印刷することも可能です：

 nutmeg 6->印刷周波数db（vm（3））db（vm（13））インデックス周波数db（vm（3））db（vm（13））22 0.158MHz 47.54 45.41 33 1.995MHz 46.95 42.06 37 5.012MHz 44.63 36.17 

インデックス22は、Cascode vm（3）=47.5dBおよびCommon-emittervm（13）=45.4dBのミッドバンドdBゲインを示します。多くの印刷されたラインの中で、インデックス33はエミッタ接地回路の42.0dBでの45.4dBから3dBに最も近いものでした。対応するインデックス33の周波数は、エミッタ接地帯域幅である約2Mhzです。インデックス37vm（3）=44.6dbは、47.5dbから約3db下がっています。対応するIndex37周波数は、カスコード帯域幅である5Mhzです。したがって、カスコード増幅器はより広い帯域幅を持っています。ゲインの低周波劣化は気になりません。これはコンデンサーによるもので、より大きなコンデンサーで改善することができます。カスコードの例の5MHz帯域幅は、エミッタ接地の例よりも優れていますが、RF（無線周波数）増幅器の例ではありません。より高い帯域幅には、電極間容量がより低いRFまたはマイクロ波トランジスタのペアを使用する必要があります。 RFデュアルゲートMOSFETが発明される前は、BJTカスコード増幅器はUHF（極超短波）TVチューナーに搭載されていた可能性があります。

レビュー

• カスコード アンプは、コモンベースステージのエミッタによってロードされるコモンエミッタステージで構成されています。
• 高負荷のC-Eステージのゲインは1と低く、ミラー効果を克服しています。
• カスコード増幅器は、高ゲイン、適度に高い入力インピーダンス、高出力インピーダンス、および高帯域幅を備えています。

関連するワークシート：

• クラスABJTアンプワークシート