Каскодный усилитель

Не следует путать с каскадом усиления.

Каско́дный усили́тель — электронный усилитель, содержащий два активных трёхэлектродных элемента (триода). Первый из триод для малого сигнала включен по схеме с общим эмиттером (общим истоком — для полевых транзисторов, катодом — для электровакуумных триодов). Второй триод — по схеме с общей базой (общим затвором и общей сеткой соотвественно).

Каскодный усилитель на биполярных транзисторах

Каскодный усилитель обладает повышенной стабильностью в рабочих режимах и малой входной и проходной ёмкостью, и расширенной полосой усиливаемых частот.

Название усилителя есть акроним, и произошло в эпоху ламповой схемотехники от соединения частей слов из словосочетания «КАСКад через катОД» (англ. "CASCade to cathODE"). Иногда каскодный усилитель называют просто «каскод».

История

Впервые прямое соединение для прохождения сигнала с анода триода предыдущего усилительного каскада на катод последующего каскада предложили Р. У. Хикман (англ. Hickman R. W.) и Ф. В. Хант (англ. Hunt F. V.) в статье обсуждающей схемотехнику ламповых стабилизаторов напряжения, опубликованной в журнале «Review of Scientific Instruments» в 1939 году. и они же предложили термин «каскод», оговаривая, что термин новый и не принятый. Сейчас этот термин общепринят в электронике.

Принцип действия

Наиболее часто применяется комбинации ОЭ (с общим истоком (ОИ)) — ОБ (общим затвором (ОЗ)). Это так называемая каскод-последовательная схема.

Поскольку входное сопротивление каскада с ОБ пренебрежимо мало по сравнению с выходным сопротивлением предыдущего каскада с ОЭ, то можно считать, что каскад ОЭ (в цепь коллектора которого включён эмиттер каскада ОБ) работает в режиме короткого замыкания на выходе для малого сигнала. При этом каскод усилитель обеспечивает усиление как идеализированный каскад ОЭ, в котором этот воображаемый транзистор имеет очень большое выходное коллекторное сопротивление, иначе говоря, коэффициент усиления каскода при прочих равных условиях выше, чем у реального каскада ОЭ, причём коэффициент усиления по напряжению увеличивается при увеличении коллекторного резистора и максимален при применении в качестве коллекторного резистора какого-либо электронного генератора тока, например, токового зеркала.

Главным преимуществом каскода является то, что его выход развязан от коллектора усилительного транзистора ОЭ и изменение нагрузки не влияет на коэффициент усиления β.

Следствием изолирования цепи коллектора ОЭ с помощью каскада ОБ является уменьшение входной ёмкости, а значит, увеличение входного сопротивления на высоких частотах (увеличение частотного диапазона каскода по сравнению с ОЭ). Кроме того, так как коллекторное напряжение каскада ОБ практически неизменно, это приводит к существенному ослаблению отрицательной обратной связи с выхода на вход усилителя через проходную ёмкость, что почти полностью подавляет нежелательное, с точки зрения усиления на высоких частотах, действие эффекта Миллера.

По вольт-амперным характеристикам и частотным свойствам каскод аналогичен ламповым тетродам и пентодам (в которых экранирующая и защитная сетки выполняют ту же роль, что и усилитель ОБ в каскоде — снижают ёмкость анод — управляющая сетка и подавляют эффект Миллера).

Каскодная схема широко применялась в ламповой высокочастотной технике, так, например, входной усилитель высокой частоты в блоках ПТК ламповых телевизоров часто выполнялся по этой схеме.

Литература

• Степаненко И. П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. — издание 4-е, переработанное и дополненное. — М.: Энергия, 1977. — 672 с.
• Горошков Б. И. Элементы радиоэлектронных устройств (Справочник). — М.: Радио и связь, 1989.