Является ли основной целью каскодирования увеличение коэффициента усиления полевых транзисторов?

В основном это делается для увеличения выходного сопротивления и/или уменьшения эффекта Миллера.

Примером увеличения выходного сопротивления является токовое зеркало каскода.

Примером ослабления эффекта Миллера является обычный каскодный усилитель. Конечно, это также увеличивает выходное сопротивление, но главной причиной является смягчение эффекта Миллера.

Усиление не увеличивается (хотя полоса пропускания из-за смягчения эффекта Миллера увеличивается), потому что первый транзистор не имеет усиления по напряжению (усиление по напряжению равно 1), но обеспечивает усиление по току. Следующий транзистор обеспечивает усиление по напряжению. Если вы выполните математику, то в конечном итоге (игнорируя паразитные факторы и делая приближения) будет соответствовать коэффициенту усиления обычного усилителя с общим эмиттером или общим истоком:$R_L/R_{ee}$

В схеме с общей базой емкость Миллера больше не влияет на усиление высоких частот, спадающее отрицательной обратной связью. Таким образом, 2-я ступень каскодной пары — лучшее, что вы можете получить. Умная вещь заключается в том, что эмиттер этого выходного транзистора удерживается достаточно близко при постоянном напряжении, а это означает, что первый транзистор также имеет резко уменьшенные эффекты Миллера.

Я не знаю другой причины, кроме уменьшения эффектов Миллера на обоих транзисторах, для использования каскодного усилителя, будь то биполярный или полевой транзистор.

Каскоды это:

1. используются в качестве элементов усиления в каскадах усилителя, когда возникает проблема с эффектом Миллера.
2. используются в источниках тока и в качестве нелинейных нагрузок, где выходного сопротивления одного биполярного транзистора недостаточно.
3. в состоянии почти устранить ранний эффект в одном из биполярных транзисторов, удерживая его коллектор при фиксированном напряжении. Поскольку меньшие устройства, как правило, имеют меньшие ранние напряжения, каскодирование этих меньших/быстрых устройств дает возможность восстановить некоторые потерянные в противном случае характеристики.

Я создал схему сравнения каскода и однотранзисторного усилителя в этом бесплатном онлайн-симуляторе:

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

В показанных результатах моделирования вы можете увидеть увеличенную полосу пропускания схемы каскодного усилителя как во временной области (с входной частотой 5 МГц для обеих схем), так и в области переменного тока или частотной области. Все модели транзисторов идентичны и имеют обратную передаточную емкость Crss, установленную на 10 пФ.

В случае однотранзисторного усилителя эффект Миллера увеличивает эффективную входную емкость в (1,0 + gfs*Rload), или в 16 раз по сравнению с ее номинальным значением. Емкость 160 пФ вместе с небольшим остаточным сопротивлением Ciss в сочетании с входным сопротивлением источника 500 Ом создают RC-фильтр нижних частот, который сводит усиление усилителя с полюсом чуть менее 2 МГц.

Каскодная схема позволяет избежать этого эффекта Миллера, потому что нижний транзистор m2 практически не имеет коэффициента усиления по напряжению, поэтому эффективная входная емкость составляет всего Ciss, 20 пФ в этом примере. Вы можете видеть соответственно большую полосу пропускания усилителя.

Обратите внимание, что датчики схемы можно перемещать для просмотра других сигналов во временной или частотной области, а значения параметров компонентов можно наблюдать, дважды щелкнув любую часть. Схема также может быть скопирована и сохранена, поэтому пользователь может внести любые необходимые изменения и повторно смоделировать, чтобы увидеть результаты этих изменений.