Kaskode

Die Kaskodenschaltung (nicht zu verwechseln mit der Kaskadenschaltung) ist eine elektrische Verstärkerschaltung und stellt eine einfache Form von Transkonduktanzverstärker dar. Transkonduktanzverstärker sind durch einen hohen Eingangs- und Ausgangswiderstand gekennzeichnet und werden als elementarer Schaltungsteil beispielsweise in Stromspiegeln und in Operationsverstärkern eingesetzt. Die Kaskodenschaltung kann bei ähnlichen Verhalten verschiedenartig aufgebaut werden, unter anderem mit Elektronenröhren oder mit Transistoren.

Das Wort Kaskode ist ein Kofferwort und setzt sich aus den beiden Begriffen „Kaskadierte Kathoden“ zusammen, was die Reihenschaltung der beiden Kathoden bei den ursprünglich eingesetzten Elektronenröhren andeuten soll. Die Schaltung wurde 1939 in einer Arbeit von F.V. Hunt und R.W. Hickman erstmals zur Spannungsstabilisierung beschrieben ^[1].

Aufbau

Kaskode-Schaltung mit npn Bipolar-Transistoren.

In der historischen Realisierungsform mit Elektronenröhren besteht sie aus zwei Trioden, wobei die erste Stufe eine normale Kathodenbasisschaltung, die zweite eine Gitterbasisschaltung mit niedrigem Eingangswiderstand bildet, welche die Kathodenstufe bedämpft, so dass eine einfache Neutralisation möglich ist. Durch die hohe Entkopplung am Ausgang ist eine Eingangsschaltung mit minimalen Rauschen möglich. Diese Form wurde in den ersten mit Elektronenröhren bestückten Fernsehempfängern verwendet.

Die Kaskodenschaltung kann auch mit Transistoren wie in nebenstehender Schaltskizze mit Bipolartransistoren gebildet werden. Hier arbeitet der Eingangstransistor T1 in Emitterschaltung und der Ausgangstransistor T2 in Basisschaltung mit Stromsteuerung.

Die zweite Stufe, der Transistor T2 in Basisschaltung, hat am Emitteranschluss einen niedrigen Eingangswiderstand, wodurch eine geringe negative Spannungsverstärkung der ersten Stufe resultiert und der Millereffekt stark reduziert wird. Dabei wird die Rückwirkung des Ausgangs auf den Eingang besonders im Hochfrequenz-Bereich sehr stark verringert. Des Weiteren erhöht sich der maximale Ausgangswiderstand, während der Eingangswiderstand bei Gleichstrom nahezu identisch der Emitterschaltung bleibt. Als Vorteile dieser Schaltung ergibt sich eine erhebliche Erhöhung der Grenzfrequenz, etwa in Bereiche der Basisschaltung.

Das untere Verstärkerelement muss nur eine geringe Sperrspannung besitzen, während das obere eine hohe Sperrspannung bei geringer Stromverstärkung haben kann. Das kommt den Spezifikationen vieler Verstärker-Elemente entgegen, wenn es darum geht, hohe Spannungen schnell zu schalten.

Auch Kombinationen aus Transistor (unten) und Elektronenröhre (oben) sind möglich, hierbei hat der Transistor jedoch eine Spannungsverstärkung von ca. −100. Damit ist es möglich, hohe Spannungen bis einige 10 kV zu schalten, ohne die hohe Steuerspannung der Röhre (einige 10 V) erzeugen zu müssen.

Einzelnachweise

1. ↑ R.W. Hickman, F.V. Hunt: On Electronic Voltage Stabilizers, in Review of Scientific Instruments, Ausgabe 10, Seiten 6 bis 21, Jänner 1939

Literatur

• Manfred Seifart: Analoge Schaltungen. Verlag Technik, Berlin 1996, ISBN 3-341-01175-7
• U. Tietze, Ch. Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York, ISBN 3-54016720-X

Weblinks

• Die Kaskodenschaltung, Hypermedia-Tutorium Elektronische Schaltungen des Institute of Electron Devices and Circuits an der Universität Ulm
• Kaskodenschaltung, Erklärungen von Christoph Caspari zu Verbundschaltungen bipolarer Transistoren auf elektronikinfo.de