BJT Cascode Amplifier with Cascode Current Source

BJT Cascode Amplifier with Cascode Current Source

Bipolar Cascode Amplifier

지난 포스팅때 Bipolar Cascode Amplifier를 small signal model로 나타내 Gm(transconductance)와 Rout(output impedence)를 구하는 것 까지 해보았다.

이 Bipolar Cascode Amplifier를 좀 더 자세히 다른 관점으로 본다면 이렇게 볼 수 있다.

밑에 단에는 Common Emitter stage가 달려있고 위에 단에는 Common Base stage가 달려있음과 동시에 Common Base의 출력을 사용하고 있다는 것을 확인할 수 있다. 

또한 우리가 여태 봤던 Amplifier에는 I1이라는 ideal한 current source가 존재하고 있었다.

이 ideal한 current source를 real current source로 바꾸면 어떻게 될까?

Cascode Amplifier with Real current source

ideal한 것 대신에 실제적인 current source로 나타내면 Q3와 같은 부분이 된다. 

이때 voltage gain을 구하기 위해 gm과 rout을 구해보면 gm은 변화가 없고 rout만 변화가 되는 것을 확인할 수 있다.

ideal한 current source가 달렸을때에는 voltage gain을 구했을 때에는 ro2gm2(ro1//rpi2)만큼의 증가분이 생겼지만

real한 current source가 달렸을때에는 ro3만큼만 증가분이 생긴다.

= ro3가 된다. (병렬일때에는 작은쪽을 따름)

그 이유는 ro3가 충분히 크지 않기 때문으로 볼 수 있다.

ro3가 충분히 컸으면 ideal한 current source가 달린 경우와 같은 증가분이 생겼을 것이다.

따라서 real current source가 달렸을 때 voltage gain을 충분히 크게 하기 위해서는 ro3가 커지는 방법을 강구해야한다.

그렇다면 ideal한 current source가 달렸을때의 voltage gain을 구했을 때처럼 크게 어떻게 크게 설정을 할까?

방법은 Cascode current source를 사용하는 것이다.

Cascode Amplifier with Cascode current source

이렇게 Q3 + Q4만큼의 Cascode current source를 달아주게 되면

이렇게 큰 output impedence를 만들 수 있어 결과적으로 큰 gain을 만들어 낼 수 있다.

즉, cascode current source를 쌓아올리면 쌓아올린만큼 boosting된다고 생각하면 쉬울 것이다.

그렇다면 한없이 쌓아올리면 output impedence는 한없이 커질까? 

결론부터 말하자면, 아니다. maximum output impedence가 존재한다.

이정도에서 줄여지고 줄여져서

최종적으로 maximum ooutput impedence는 ro1에서 베타를 곱한값이다.

베타값은 100 ~ 200으로 정해진값이다.

따라서,

이러한 cascode current source를 가지는 amplifier들은 잘못됬다고 볼 수 있다.

왜냐하면,

ro1의 2배정도만 커지기 때문이다.

2배 커지면 어때? 그것도 충분히 큰거 아니야? 라고 생각할 수 있지만, 100배와 비교해봤을때 틀린 값이다.

다음 포스팅에서는 여태봤던 BJT Cascode가 아닌 MOS Cascode에 대해 포스팅하겠습니다.