Cascode Amplifier

(1)

應用電子學實驗（II）

Cascode-1

Cascode Amplifier

在課堂上，我們已經介紹過 Cascode Amp.，他的優點包括有避免 early effect(故有較大的輸出阻抗)，有較小的 Miller Effect(故有較佳之頻率響應)。

這個實驗我們就接一個Cascode Amp. 來測測看。

1. 先從最簡單的 CE Amp.接起，如圖一電路:

用電表測直流偏壓的值，包括Q1 的 VCE，IC，及VB，IB 確定 Q1 偏壓在順向活性后。VC 的靜態偏壓點是幾伏?和你計算的一不一樣?Q1 的β是多少?

用訊產生器提拱一小的訊號(使得輸出沒有明顯的失真)，改變頻率，測此放大器的放大率(A1)對頻率的關係。你的訊號產生器頻率只能到 2MHZ，可魴不夠高。怎麼辦呢?在做數位電路部分不是做過 Ring Oscillator 嗎?頻率頗高，接起來用吧!改變振盪器的直流電壓源或反閘個數均可調整頻率。此振盪器振幅太大，請用如圖二之衰減器接在後面，然後再輸入放小器(A 點)

找出CE Amp.的低頻及高頻 3dB 點，fL3dB及fH3dB

A CB

RE1

+ CE1

RC1

IB

Source Signal

VCC=+15V

Vout

+

圖一基本CE 放大器

+VCC

A

衰減器(輸出阻抗~1kΩ) Ring

Oscillator

圖二加衰減器的高頻震盪

(2)

Cascode-2

註:此 CE AMP.(圖一)之

) 2 . ) (

//

(

1

) 1 . ) (

//

(

1

1 2 1 3

r eq R R R w C

s EQ dB H

s B dB L

π π

≈

≈ + 　

where CEQ≅ C^bc·Amid，Amid＝

( . 3 )

1

eq

r R

e C

Cbc大約為2pf，Amid≅ 300 25

K 5 . 7 ≈

fH3dB＝

π ω

2

3dB

H 大概在 300KHz

2 300 10 1 10 2

1

3

12 ≈

×

× ⁻

π

2. 我們把圖一中 RC1的部份，換成一個CB Amp，如圖三，就形成有名的 CasCode Amp.，可圖三，就形成有名的 CasCode Amp.

同樣地電表測量電晶体Q1和Q2的偏壓，包括VCE1，VCE2，IB1(IB1，IB2如何得到?不能用電流計唷!)VC1、VC2(對地)，確認 Q1和Q2在順向活性區。

和前面1 中之步驟相同，測此放大器的增益對頻率的關係，找出 fL3dB和fH3dB。 fL3dB 可能會高到我們的儀器測不出來。怎麼辦呢?也就是當我們自製的 Ring Oscillutor 也不夠看的時候。

3. 我們可以在每一個 2N3904 的基極和集極間加上一個電容

C′ ，當作 _bc

2N3904 的一部份，也就是”製造”一個 fT很低的電晶體求用，讓我們實驗室中便宜的儀器可以使用，且不影響同學的學習樂趣。

C′ 取約 500pF,重 _bc

做1 和 2。(圖一和圖三電路個別接!!!)

Vs

1KΩ 1μF CB

+

5.6K R2

56K R1

VB1

R3

33K VB2

R4

6.8K

RC2 7.5K Vcc=+15Volts

1μF+

C’bc

680 RE1

68μF CE1

+

Vout VC2

VC1

Q1

Q2 2N3904 2N3904

圖三 Cascode Amp

(3)

Cascode-3

4. Cascode 接法的輸出阻抗

Cascode 接法除了用在放大器外，還寰在電流源或電流鏡中用到，例如Wilson 電流鏡。這個實驗是要測量 Cascode 接法的輸出阻抗(集極的!!)，

和一般CE 接法比較。(CE 接法的輸出阻抗是由 Early Effect 來決定，在測 2N3904 的特性時就已經測過了，拿出來參考一下。)

4.1 為了清楚比較起見，CE 的輸出阻我們再量一次吧!測法很簡單，托成如圖四的電路，

圖四簡易測 r0的辦法

IB大約為14.3

µ A

。Sw1 先保持開路(open)，測得

V _C ⁽ ¹ ⁾

。SW 閕路(close)，測得

) 4 . ..(

...

1 . 5 15 2

/ 1 . 5

15

⁽ ² ⁾ ⁽ ¹ ⁾

) 1 ( ) 2 (

eq k

V k

V

V V

Ic Rout Vc

c c











− −











 −

= −

∆

= ∆

和你在已前得到的結果比較一下，是否相同?

測量時要注意，Q1不要飽和了。假如Q1飽和的話，可以加大RB。 5. 2 下面圖五是 cascode 接法的測式電路:

IB

RB

Vc +Vcc=+15V

2N3904 1MΩ

SW1

Rc1

5.1k

Rc1’ 5.1k

Q1

Rc1 , Rc1’ 用精密電阻1%

(4)

Cascode-4

圖五 Cascode 接法輸出組抗測試電路。

測試方程和4.1 部分相同，同樣可以使用(eq.4)求 Rout

測量時注意Q1和Q2不可以進入飽和狀態(即 VCE1和VCE2均須>0.2V)。這部分的VC 和 RC(

Rc '

)要用數位電表量準一點，不然誤差會很大。

預習問題

1. 假設 2N3904 的

β

為100，計算圖一、圖三、圖四、圖五個電路中電晶體的IC和VCE。若2N93904 變成

β

=200，重算一次。差別大嗎?

2. 估算圖四，圖五 CE 和 cascode 接法之 Rout 有何不同?使用 2N3904 data sheet 上的typical 值來做做算。

3. 解釋 Miller’s effect。

4. 解釋 cascode 放大器的頻寬較 CE 放大器寬。前若是如格減小 Miller’s effect?

討論問題

1. 仔細分析 1.2.3.部分的結果，將實驗值與理論值做比較。

2. 推導(eq.4)

3. 比較 4.1 和 4.2 結果，和估算值有何差異?那裡來的?分析一下。

Cascode Amplifier