卡码放大器：结合共发射极与共基极以实现宽带宽和高输入阻抗

虽然共基极（C-B）放大器比共发射极（C-E）级提供更宽的带宽，但其输入阻抗仅几十欧姆，限制了实用性。常见的解决方案是在 C-B 级前级驱动一个低增益的 C-E 级，以提供千欧级的较高输入阻抗。

这些级以卡码配置排列，即串联堆叠，而非常规放大器链的级联。

在典型的电容耦合三级共发射极放大器中，采用了卡码拓扑。它同时提供宽带宽和适度高的输入阻抗。

卡码放大器将共发射极级与共基极级结合。在交流分析中，电源和直流耦合电容建模为短路。

带宽、电容与米勒效应

卡码的扩展带宽源于米勒效应。在 C-E 级中，集电极-基极电容 (Ccbo) 被电压增益幅值 (Av) 放大。虽然 Ccbo 小于发射极-基极电容，但集电极节点与基极输入相位相差 180°。跨 Ccbo 的反馈表现为 (1 + |Av|) 倍的物理电容，限制了独立 C-E 放大器的高频响应。

下图中 C-E 放大器的近似电压增益为 Av = –RL/rEE。发射极电流 1.0 mA 时，发射极电阻 REE = 26 mΩ/IE = 26 Ω。因此，Av = –RL/REE = –4700/26 ≈ –181。pn2222 数据手册给出 Ccbo = 8 pF。米勒电容因此为 Cmiller = Ccbo(1–Av) = 8 pF × (1–(–181)) ≈ 1456 pF。

共基极配置不受米勒效应影响，因为接地基极将集电极与发射极输入隔离。因此，C-B 放大器表现出卓越的高频性能。为在保持 C-E 级优势的同时获得适度高的输入阻抗，C-E 级偏置为约 1 的低电压增益。这将米勒倍增降低到 2 × Ccbo。

降低 C-E 增益的关键是降低负载电阻。C-E 放大器的电压增益约为 RC/RE。内部发射极电阻 rEE 在 1 mA 时 ≈ 26 Ω，集电极负载 RC 等于 C-B 级的发射极（26 Ω），增益变为 Av = RC/RE ≈ 1。米勒电容则降为 Cmiller = Ccbo(1–Av) = 8 pF × (1–(–1)) = 16 pF。现在我们拥有一个输入阻抗适中、米勒效应可忽略且无显著电压增益的 C-E 级。后续的 C-B 级提供高电压增益 (Av ≈ –181)。卡码的总电流增益等于 C-E 级的 β，提供了强健的总体 β。

SPICE：卡码放大器与共发射极放大器对比。

卡码与共发射极放大器对比

下面的 SPICE 仿真对比了卡码放大器与标准共发射极放大器。交流源 V3 通过节点 4 驱动两级。偏置电阻按示例问题计算。

SPICE 波形。注意输入乘以 10 以便可见。

用于打印交流输入输出电压的 SPICE 网表。

 *SPICE circuit <03502.eps> from XCircuit v3.20 V1 19 0 10 Q1 13 15 0 q2n2222 R1 19 13 4.7k V2 16 0 1.5 C1 4 15 10n R2 15 16 80k Q3 A 5 0 q2n2222 V3 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=0.5n + cjc=11p tr=7n xtb=1.5 kf=0.032f af=1) .tran 1u 5m .AC DEC 10 1k 100Meg .end 

波形展示了卡码的行为。输入信号放大十倍以示清晰。卡码和共发射极输出均相对于输入反相，卡码实现略高的中频增益。下面的频率响应图描绘了各放大器的 -3 dB 带宽。

注意：本节可能包含不准确之处，需修订。详情请参阅页面底部的评论。

下图显示两个放大器的频率响应。负责交流分析的 SPICE 命令从列表中提取：

 V3 4 6 SIN(0 0.1 1k) ac 1 .AC DEC 10 1k 100Meg 

卡码展示出略优的中频增益。对于 -3 dB 点，卡码达到约 5 MHz，而共发射极级最高约 2 MHz。因此，卡码提供更宽的带宽。低频滚降由耦合电容主导，可通过使用更大电容值缓解。对于射频应用，建议使用一对低极间电容晶体管以获得更高带宽。历史上，BJT 卡码放大器曾用于 UHF 电视调谐器，直至双栅 MOSFET 出现。

回顾

• 卡码放大器由共发射极级和作为负载的共基极级发射极组成。
• 重负载的 C-E 级增益低 (~1)，从而缓解了米勒效应。
• 卡码放大器提供高电压增益、适度输入阻抗、高输出阻抗和宽带宽。

相关工作表

• A 类 BJT 放大器工作表