¿El objetivo principal de la codificación en casco es aumentar la ganancia en FET?

Se realiza principalmente para aumentar la resistencia de salida y/o reducir el efecto Miller.

Un ejemplo de aumento de la resistencia de salida es el espejo de corriente cascode.

Un ejemplo de mitigación del efecto Miller es un amplificador de cascodo normal. Por supuesto, esto también aumenta la resistencia de salida, pero una razón importante es mitigar el efecto Miller.

La ganancia no aumenta (aunque el ancho de banda debido al efecto Miller mitigado sí aumenta) porque el primer transistor no tiene ganancia de voltaje (ganancia de voltaje de 1) pero proporciona una ganancia de corriente. El siguiente transistor proporciona la ganancia de voltaje. Si hace los cálculos, termina (ignorando los parásitos y haciendo aproximaciones) igualando la ganancia del amplificador de fuente común o emisor común regular:$R_L/R_{ee}$

En un circuito de base común, la capacitancia de Miller ya no tiene ningún efecto sobre la ganancia de alta frecuencia que se reduce debido a la retroalimentación negativa. Entonces, la segunda etapa del par en casco es lo mejor que puede obtener. Lo inteligente es que el emisor de este transistor de salida se mantiene lo suficientemente cerca a un voltaje constante y esto significa que el primer transistor también tiene efectos de Miller reducidos drásticamente.

No conozco otra razón que no sea la reducción de los efectos Miller en ambos transistores para usar un amplificador cascode, ya sea bipolar o basado en FET.

Los cascodos son:

1. se utilizan como elementos de ganancia en etapas de amplificación cuando el efecto Miller es un problema.
2. utilizado en fuentes de corriente y como cargas no lineales donde la resistencia de salida de un solo BJT no es suficiente.
3. capaz de eliminar casi por completo el efecto temprano en uno de los BJT manteniendo su colector a un voltaje fijo. Dado que los dispositivos más pequeños tienden a tener voltajes iniciales más pequeños, la creación de un casco para estos dispositivos más pequeños/más rápidos brinda una opción para recuperar parte del rendimiento que de otro modo se perdería.

He creado un circuito de comparación de amplificador de transistor único vs cascodo en este simulador en línea gratuito:

https://www.systemvision.com/design/compare-cascode-vs-single-mosfet-amplificador

En los resultados de la simulación que se muestran, puede ver el aumento del ancho de banda del circuito amplificador de cascodo tanto en el dominio del tiempo (con una entrada de 5 MHz en ambos circuitos) como en el dominio de CA o frecuencia. Los modelos de transistores son todos idénticos y tienen una capacidad de transferencia inversa Crss establecida en 10pF.

En el caso del amplificador de un solo transistor, el efecto Miller aumenta la capacitancia de entrada efectiva por un factor de (1.0 + gfs*Rload), o 16 veces su valor nominal. Esta capacitancia de 160pF, junto con el pequeño Ciss residual, se combinan con la resistencia de la fuente de entrada de 500 ohmios para crear un filtro de paso bajo RC que reduce la ganancia del amplificador con un polo a poco menos de 2 MHz.

El circuito cascode evita este efecto Miller porque el transistor inferior m2 casi no tiene ganancia de voltaje, por lo que la capacitancia de entrada efectiva es solo Ciss, 20pF en este ejemplo. Puede ver el ancho de banda del amplificador correspondientemente mayor.

Tenga en cuenta que las sondas del circuito se pueden mover para observar otras señales en el dominio del tiempo o de la frecuencia, y los valores de los parámetros de los componentes se pueden observar haciendo doble clic en cualquier parte. El circuito también se puede copiar y guardar, por lo que el usuario puede realizar los cambios deseados y volver a simular para ver los efectos de esos cambios.