第8节 级联放大器 (修订中)
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虽然 CB（[共基极）放大器以比 CE（](https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/chpt- 共发射极 (opens new window)）配置更宽的带宽而闻名，但 CB的低输入阻抗（10 Ω）是许多应用的限制。解决方案是在 CB 级之前放置一个具有中等高输入阻抗 (kΩ) 的低增益 CE 级。
这些级采用串联堆叠的_____级联_____配置，而不是级联用于标准放大器链。
“电容耦合三级共发射极放大器”电容耦合 (opens new window)的级联示例。级联放大器配置具有宽带宽和中等高输入阻抗。
级联放大器由共发射极和共基极组合而成。这是一个等效的交流电路，电池和电容器被短路代替。
# 1. 带宽电容和米勒效应
理解级联配置的宽带宽的关键是_米勒效应_。米勒效应____是占用集电极-基极电容的带宽乘以电压增益 A v __。__该 CB 电容小于 EB 电容。因此，人们会认为 CB 电容几乎没有影响。然而，在 CE 配置中，集电极输出信号与基极输入不同相。电容耦合回的集电极信号与基极信号相反。此外，集电极反馈比基本信号大 (1-Av) 倍。请记住，对于反相 CE 放大器，Av 是负数。因此，小 CB 电容出现 (1+(修订中) 倍于其实际值。这种电容增益降低反馈随着频率的增加而增加，从而降低了 CE 放大器的高频响应。
下图中 CE 放大器的近似电压增益为 - [FAR] 米勒电容为 Ccbo(1-Av)。增益 Av = -181，负数，因为它是反相增益。Cmiller = Ccbo(1-Av) = 8pF(1-(-181)=1456pF
共基极配置不受米勒效应的影响，因为接地基极屏蔽了集电极信号，使其不被反馈到发射极输入端。因此，CB 放大器具有更好的高频响应。为了具有中等高的输入阻抗，仍然需要 CE 级。关键是降低 CE 级的增益（大约为 1），从而将米勒效应 CB 反馈降低到 1·CCBO。总 CB 反馈是反馈电容 1·CCB 加上实际电容 CCB 总共 2·CCBO。这与 181·CCBO 相比有相当大的减少。增益为 -2 CE 级的米勒电容为 Cmiller = Ccbo(1-Av)= Cmiller = Ccbo(1-(-1)) = Ccbo·2。
降低共射极增益的方法是降低负载电阻。CE 放大器的增益约为 RC/RE。1mA 发射极电流下的内部发射极电阻 rEE 为 26Ω。有关 26Ω 的详细信息，请参阅“REE 的推导”，请参阅REE (opens new window). 集电极负载 RC 是负载 CE 级的 CB 级发射极的电阻，再次为 26Ω。CE 增益放大器增益约为 Av = RC/RE=26/26=1。这个米勒电容是 Cmiller = Ccbo(1-Av) = 8pF(1-(-1)=16pF。我们现在有一个中等高的输入阻抗 CE 级，而不会受到米勒效应，但没有 CE dB 电压增益。CB 级提供高电压增益，AV = -181。级联电流增益为 CE 级的 β，CB 为 1，整体为 β。因此，级联具有较高的 CE 输入阻抗，良好的增益和良好的带宽CB。
SPICE：用于比较的级联共栅和共发射极。
# 2. 级联VS。共射极放大器比较
共源共栅放大器的 SPICE 版本，为了比较，共发射极放大器如上图所示。网表如下表所示。AC 电源 V3 通过节点 4 驱动两个放大器。该电路的偏置电阻器在示例问题级联共栅 (opens new window)中计算。
SPICE 波形。请注意，输入乘以 10 以获得可见性。
用于打印交流输入和输出电压的 SPICE 网表。
*VSPICE 电路 <03502.eps> 来自 XCircuit v3.20 V1 19 0 10 Q1 13 15 0 q2n2222 Q2 3 2 A q2n2222 R1 19 13 4.7k V2 16 0 1.5 C1 4 15 10n R2 15 16 80k Q3 A 3 5 0 q2n222 4 6 SIN(0 0.1 1k) ac 1 R3 1 2 80k R4 3 9 4.7k C2 2 0 10n C3 4 5 10n R5 5 6 80k V4 1 0 11.5 V5 9 0 20 V6 6 0 1.5 .model q2n2222 npn (is= 19f bf=150 + vaf=100 ikf=0.18 ise=50p ne=2.5 br=7.5 + var=6.4 ikr=12m isc=8.7p nc=1.2 rb=50 + re=0.4 rc=0.3 cje=26p tf=0.5 n + cjc=11p tr=7n xtb=1.5 kf=0.032f af=1) .tran 1u 5m .AC DEC 10 1k 100Meg .end
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上图中的波形显示了级联级的操作。输入信号乘以 10 显示，以便与输出一起显示。请注意，Cascode、共发射极和 Va（中间点）输出均与输入相反。Cascode 和共发射极都有大振幅输出。Va 点的直流电平约为 10V，大约在 20V 和地之间的一半。信号比 CE 增益 1 所能解释的要大，比预期的要大三倍。
级联与共发射极带宽。
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上图显示了级联放大器和共射极放大器的频率响应。从清单中提取的负责 AC 分析的 SPICE 声明：
V3 4 6 SIN(0 0.1 1k) ac 1 .AC DEC 10 1k 100Meg
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请注意，“ac 1”在 V3 语句的末尾是必需的。级联的中频增益略好一些。然而，我们主要寻找在 -3dB 点测量的带宽，低于每个放大器的中频增益。这由上图中的垂直实线表示。也可以将感兴趣的数据从 nutmeg 打印到屏幕上，即 SPICE 图形查看器（命令，第一行）：
nutmeg 6 -> 打印频率 db(vm(3)) db(vm(13)) 索引频率 db(vm(3)) db(vm(13)) 22 0.158MHz 47.54 45.41 33 1.995MHz 46.95 42.06 37 5.012MHz 44.63 36.17
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索引 22 给出了 Cascode vm(3)=47.5dB 和共发射极 vm(13)=45.4dB 的中频 dB 增益。在许多印刷线路中，Index 33 最接近于 3dB，低于共发射极电路的 42.0dB 时的 45.4dB。对应的 Index 33 频率约为 2Mhz，即共发射极带宽。索引 37 vm(3)=44.6db 比 47.5db 下降了大约 3db。对应的Index37频率为5Mhz，即级联带宽。因此，级联放大器具有更宽的带宽。我们不关心增益的低频衰减。这是由于电容器，可以用更大的电容器来补救。我们的共源共栅示例的 5MHz 带宽虽然优于共发射极示例，但对于 RF（射频）放大器来说并不是典型的。一对具有较低极间电容的射频或微波晶体管应用于更高的带宽。在射频双栅极 MOSFET 发明之前，BJT 级联放大器可以在 UHF（超高频）电视调谐器中找到。
# 3. 总结
- _级联_放大器由共基极发射极加载的共发射极级组成。
- 重负载的 CE 级具有 1 的低增益，克服了_米勒效应_
- 级联放大器具有高增益、中等高输入阻抗、高输出阻抗和高带宽。
相关练习：
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