L'amplificateur Cascode
Alors que l'amplificateur C-B (base commune) est connu pour sa bande passante plus large que la configuration C-E (émetteur commun), la faible impédance d'entrée (10 s de ) de C-B est une limitation pour de nombreuses applications. La solution consiste à précéder l'étage C-B par un étage C-E à faible gain qui a une impédance d'entrée modérément élevée (kΩs).
Les étapes sont dans un cascode configuration empilée en série, par opposition à en cascade pour une chaîne d'amplificateurs standard.
"Amplificateur à émetteur commun à trois étages couplé par condensateur" Condensateur couplé pour un exemple en cascade. La configuration de l'amplificateur cascode a à la fois une large bande passante et une impédance d'entrée modérément élevée.
L'amplificateur cascode est combiné à émetteur commun et à base commune. Il s'agit d'un équivalent de circuit CA avec des batteries et des condensateurs remplacés par des courts-circuits.
Capacité de bande passante et effet Miller
La clé pour comprendre la large bande passante de la configuration cascode est l'effet Miller . L'effet Miller est la multiplication de la capacité collecteur-base de vol de bande passante par le gain de tension A v . Cette capacité C-B est plus petite que la capacité E-B. Ainsi, on pourrait penser que la capacité C-B aurait peu d'effet. Cependant, dans la configuration C-E, le signal de sortie du collecteur est déphasé avec l'entrée à la base. Le signal de collecteur couplé capacitivement en retour s'oppose au signal de base. De plus, la rétroaction du collecteur est (1-Av) fois plus grande que le signal de base. Gardez à l'esprit que Av est un nombre négatif pour l'amplificateur C-E inverseur. Ainsi, la petite capacité C-B apparaît (1+|Av|) fois plus grande que sa valeur réelle. Ce retour de réduction de gain capacitif augmente avec la fréquence, réduisant la réponse haute fréquence d'un amplificateur CE.
Le gain de tension approximatif de l'amplificateur C-E dans la figure ci-dessous est -RL/rEE. Le courant de l'émetteur est réglé sur 1,0 mA par polarisation. ETR=26mV/IE =26mV/1,0mA =26 . Ainsi, Av =-RL/REE =-4700/26 =-181. La liste de la fiche technique pn2222 Ccbo =8 pF. [FAR] La capacité du meunier est Ccbo (1-Av). Gain Av =-181, négatif car il inverse le gain. Cmiller =Ccbo(1-Av) =8pF(1-(-181)=1456pF
Une configuration à base commune n'est pas soumise à l'effet Miller car la base mise à la terre empêche le signal du collecteur d'être renvoyé à l'entrée de l'émetteur. Ainsi, un amplificateur C-B a une meilleure réponse en haute fréquence. Pour avoir une impédance d'entrée modérément élevée, l'étage C-E est toujours souhaitable. La clé est de réduire le gain (à environ 1) de l'étage C-E, ce qui réduit la rétroaction C-B de l'effet Miller à 1·CCBO. La rétroaction C-B totale est la capacité de rétroaction 1·CCB plus la capacité réelle CCB pour un total de 2·CCBO. Il s'agit d'une réduction considérable par rapport au 181·CCBO. La capacité du miller pour un gain de -2 étage C-E est Cmiller =Ccbo(1-Av)=Cmiller =Ccbo(1-(-1)) =Ccbo·2.
Le moyen de réduire le gain de l'émetteur commun est de réduire la résistance de charge. Le gain d'un amplificateur C-E est d'environ RC/RE. La résistance interne de l'émetteur rEE à un courant d'émetteur de 1 mA est de 26 Ω. Pour plus de détails sur le 26Ω, voir « Dérivation de REE », voir REE. La charge de collecteur RC est la résistance de l'émetteur de l'étage C-B chargeant l'étage C-E, encore 26Ω. Le gain de l'amplificateur de gain CE est approximativement Av =RC/RE=26/26=1. Cette capacité Miller est Cmiller =Ccbo(1-Av) =8pF(1-(-1)=16pF. Nous avons maintenant un étage CE à impédance d'entrée modérément élevée sans subir l'effet Miller, mais pas de gain de tension CE dB. L'étage CB fournit un gain de tension élevé, AV =-181. Le gain actuel du cascode est β de l'étage CE, 1 pour le CB, globalement. Ainsi, le cascode a une impédance d'entrée modérément élevée du CE, un bon gain et une bonne bande passante de le CB.
SPICE :Cascode et émetteur commun pour comparaison.
Cascode contre. Comparaison des amplificateurs à émetteur commun
La version SPICE d'un amplificateur cascode et, à titre de comparaison, d'un amplificateur à émetteur commun est illustrée à la figure ci-dessus. La netlist est dans le tableau ci-dessous. La source CA V3 pilote les deux amplificateurs via le nœud 4. Les résistances de polarisation pour ce circuit sont calculées dans un exemple de problème cascode.
Formes d'onde SPICE. Notez que Input est multiplié par 10 pour la visibilité.
Netlist SPICE pour l'impression des tensions d'entrée et de sortie CA.
Les formes d'onde de la figure ci-dessus montrent le fonctionnement de l'étage cascode. Le signal d'entrée est affiché multiplié par 10 afin qu'il puisse être affiché avec les sorties. Notez que les sorties Cascode, émetteur commun et Va (point intermédiaire) sont inversées par rapport à l'entrée. Les émetteurs Cascode et Common ont tous deux des sorties de grande amplitude. Le point Va a un niveau de courant continu d'environ 10 V, environ à mi-chemin entre 20 V et la terre. Le signal est plus grand que ne peut être expliqué par un gain C-E de 1, il est trois fois plus grand que prévu.
Cascode vs bande passante d'émetteur commun.
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La figure ci-dessus montre la réponse en fréquence aux amplificateurs cascode et à émetteur commun. Les déclarations SPICE responsables de l'analyse AC, extraites de la liste :
Notez que le "ac 1" est nécessaire à la fin de l'instruction V3. Le cascode a un gain de bande moyenne légèrement meilleur. Cependant, nous recherchons principalement la bande passante mesurée aux points -3dB, en baisse par rapport au gain de bande médiane pour chaque amplificateur. Ceci est illustré par les lignes continues verticales de la figure ci-dessus. Il est également possible d'imprimer les données d'intérêt de muscade à l'écran, le visualiseur graphique SPICE (commande, première ligne) :
L'indice 22 donne le gain en dB de la bande médiane pour Cascode vm(3)=47,5dB et Common-émetteur vm(13)=45,4dB. Sur de nombreuses lignes imprimées, l'indice 33 était le plus proche de 3 dB, contre 45,4 dB à 42,0 dB pour le circuit à émetteur commun. La fréquence correspondante de l'indice 33 est d'environ 2 MHz, la bande passante de l'émetteur commun. L'indice 37 vm(3)=44,6db est d'environ 3db en baisse par rapport à 47,5db. La fréquence Index37 correspondante est de 5Mhz, la bande passante cascode. Ainsi, l'amplificateur cascode a une bande passante plus large. Nous ne sommes pas concernés par la dégradation du gain à basse fréquence. Cela est dû aux condensateurs, qui pourraient être corrigés avec des condensateurs plus gros. La bande passante de 5 MHz de notre exemple cascode, bien que meilleure que celle de l'exemple à émetteur commun, n'est pas exemplaire pour un amplificateur RF (radiofréquence). Une paire de transistors RF ou micro-ondes avec des capacités interélectrodes inférieures doit être utilisée pour une bande passante plus élevée. Avant l'invention du MOSFET RF à double porte, l'amplificateur cascode BJT aurait pu être trouvé dans les tuners TV UHF (ultra haute fréquence).
RÉVISER
- Un cascode l'amplificateur se compose d'un étage à émetteur commun chargé par l'émetteur d'un étage à base commune.
- L'étage C-E fortement chargé a un faible gain de 1, surmontant l'effet Miller
- Un amplificateur cascode a un gain élevé, une impédance d'entrée modérément élevée, une impédance de sortie élevée et une bande passante élevée.
FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :
- Fiche de travail sur les amplificateurs BJT de classe A
Technologie industrielle
- Le 555 IC
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