Kaskode

En kaskode er en spesiell kopling brukt i elektroniske forsterkertrinn for å oppnå høy øvre grensefrekvens. Koplingen bruker to aktive komponenter, som transistorer eller radiorør.

Kaskode med npn bipolar-transistorer og forspenningsnettverk.

Sammenligning av et kaskodetrinn og et normalt forsterkertrinn med NMOS transistorer. Bodediagrammet viser en ca. 5x utvidet øvre grensefrekvens. Det viser også at kaskodens forsterkning avtar topolig mot høye frekvenser. Den blå grafen viser tydelig hvordan gatespenningen reduseres mot høye frekvenser for felles-source-trinnet. Dette skjer ikke i kaskoden, grønn graf.

I et vanlig felles-emitter-koplet forsterkertrinn reduseres øvre grensefrekvens først og fremst på grunn av kapasiteten som ligger mellom kollektor og base. Denne kapasiteten er en uunngåelig parasitt og finnes hovedsakelig i transistorens krystallstruktur. Den er i øverste illustrasjon tegnet som en egen komponent C_p for Q2. Denne kapasiteten hindrer forsterkertrinnets arbeid i det den kopler det fasevendte utgangssignalet mot inngangssignalet. Når basen drives opp vil kollektoren drives kraftig ned, så mye kraftigere som forsterkningen tilsier. Kapasiteten hindrer derved basen i å gå opp, og virkningen er kraftigere jo høyere trinnets spenningsforsterkning er.

Amerikaneren John M. Miller beskrev denne effekten for trioden i 1919. Kapasiteten kalles etter ham millerkapasiteten, og virkningen for millereffekten.

Kaskodekoplingen innfører en videre aktiv komponent av samme polaritet (N eller P) i kollektorkretsen. Denne er koplet som et felles-basetrinn (felles gitter for rør, felles gate for FET'er). Koplingen holder kollektoren på en fast spenning, noe som er essensielt her. Derved koples signalet ikke lengre tilbake til basis. Kollektorstrømmen (signal og DC) er den samme som før og den går inn i den nye transistorens emitter og kommer ut av dennes kollektor hvor den jobber mot kollektormotstanden som før.

Kalles kapasiteten C_p kan det vises at kollektormotstanden ser en kapasitet G*C_p + 1 i et vanlig felles-emittertrinn, der G er spenningsforsterkningen. I kaskoden er det ikke signalspenning på kollektor. Basen ser i 1. transistor en C_p mot 'jord', altså den fastliggende kollektor. I 2. transistor er basen eksternt avkoplet til jord og dens kollektor ser kun 1*C_p, uansett G sin verdi. 2. transistor isolerer altså inn- og utgangene fra hverandre, og signalet blir gitt fra 1. til 2. transistor som strøm, ikke som spenning.

Forsterkningen i en kaskode faller topolet av mot høye frekvenser, noe som skyldes de to uavhengige C_p'ene.

Grensefrekvensen som følge av Cp blir

• $\ fg={1 \over (2\pi \cdot R4\cdot Cp)}$

uavhengig av spenningsforsterkningen G, hvor den for det enklere trinnet var G lavere.

Et kaskodetrinn er langt mere linjært enn et felles-emittertrinn, siden spenningen er konstant på Q2's kollektor og strømforsterkningen er 1 i Q1, uavhengig av dens kollektorspenning.

Illustrasjonen øverst viser et DC spenningseksempel. Siden Q2 kollektor ligger fast kan den gjerne ligge lavt; den gis av basespenningen til Q1. Kollektorspenningen til Q1 er lagt slik at trinnet vil klippe symmetrisk. R6 skal være kildeimpedansen og ikke en diskret komponent. For svært lave kildeimpedanser opptrer forøvrig ikke problemet som kaskoden løser. Da har kilden strømreserver nok til at C_p ikke reduserer styring av basen.

Ordet kaskode ble først brukt i en artikkel av F.V. Hunt and R.W. Hickman i 1939, antakelig som en sammensetning av kaskade og triode.