Transcript 전자회로(7판) - Tistory

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Chapter 8
FET 증폭기
Electronic Device (Floyd )- Ch. 8
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개
요
• FET 증폭기는 동작면에서 BJT 증폭기와 유사
• 증폭기의 목적은 FET 증폭기와 BJT 증폭기와 동일
• FET 증폭기는 높은 입력 임피던스와 여러 특성 때문에 BJT
증폭기보다 좋은 장점
• BJT는 높은 전압이득 특성
• FET 증폭기의 세가지 접속은 공통 소스(이미터), 공통
드레인(컬렉터), 공통 게이트(베이스)은 BJT의 접속과 유사
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8-1. FET 증폭
• gm=△ID/△VGS 로 정의(교류로 표현하면 gm=Id /Vgs) 하면
Id = gmVgs
등가 회로
• FET의 동작을 이해하기 위해 등가 FET 회로를 고찰하면
- FET는 기본적으로 VGS에 의해 조절되는 전류원(gmVgs)
- 게이트-소스 내부저항 r’gs , 드레인-소스 내부저항 r’ds 존재
- 저항 r’ds=∞라 가정하여 게이트와
소스 사이를 개방상태로 하고,
r’gs가 충분히 크다고 가정하여 근사화
FET 내부 등가 회로
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전압 이득
• 증폭기의 전압이득(Av)은
AV = Vout/Vin
• FET 증폭기 : AV = Vds/Vgs
Vds=IdRd, Vgs=Id/gm
• AV 는 전달 컨덕턴스와 드레인 저항으로부터
정의하면
AV = gmRD
외부 드레인 저항을
가지는 FET 등가 회로
이득에 대한 r’ds의 영향
• r’ds 가 드레인 저항 Rd과 병렬로 연결되어
있을 때, r’ds가 Rd보다 충분히 크지 않으면
이득은 감소
Av = gm(RDr’ds /(Rd+r’ds))
r’ds 를 포함한
FET 등가 회로
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이득에 대한 r’ds의 영향
• RS 는 이득에 영향을 미치는데 Rs 의 높은 값은 이득을 감소
Vin = Vgs+IdRs , Vout = IdRd
Av = Vout/Vin = gmRD/1+gmRS
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8-2. 공통 소스 증폭기
• 공통 소스 증폭기는 FET 동작의 선형영역 내의 입력을 바이어스
• 저항 RG의 용도
- 게이트에 거의 0V의 직류전압을 유지
- 큰 저항으로 인해 교류 신호 입력이 인가되는 것을 억제
• 바이패스 커패시터 C2는 FET 소스를 실제적으로 교류 접지
자기바이어스 공통 소스 증폭기
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그래프 해석
입력신호(VGS)가 드레인 전류 ID 에 어떤 영향을 미치는지를 나타내는
부하선을 가진 전달 특성 곡선과 드레인 특성 곡선
JFET의 특성곡선
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직류 해석
• 직류바이어스 값을 구하기 위해 모든 커패시터를 개방하여
등가회로 구성 → ID 값 결정
• 부하선의 중간 점에 바이어스 되었다면 ID=IDSS/2를 이용
JFET 공통 소스 증폭기
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증폭기의 직류 등가 회로
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교류 등가 회로
• 교류 등가회로를 위해 커패시터를 단락(XC≡0라 가정)
• 전압원의 내부저항을 0으로 놓고 직류 전압원을 접지
• 게이트의 입력 전압 Vgs=Vin
• 전압이득 Av=gmRd
• 출력 신호 전압 Vout=Vds=AvVgs=gmRdVin
증폭기의 교류 등가 회로
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교류 부하에 의한 전압 이득 영향
• RD 와 RL 과 병렬 연결 Rd=RDRL / (RD+RL)
• RL이 연결되면 무부하 전압이득이 감소 Av = gmRd
JFET 증폭기와 교류 등가 회로
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D-MOSFET 증폭기 동작
• 제로 바이어스(VGS=0 V) D-MOSFET를 사용한 공통소스 증폭기
• 직류해석 : 신호전압에 의해 Vgs 변화 → ID 변동
VGS=0일 때 ID = IDSS이고 VD=VDD-IDRD
• 교류해석 : JFET 증폭기와 동일
제로 바이어스 D-MOSFET를 사용한 공통 소스 증폭기
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D-MOSFET 전달특성곡선
상의 공핍모드와 증가모드
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E-MOSFET 증폭기 동작
• 전압분배 공통소스 E-MOSFET 증폭기(VGS>VGS (th)일 때 동작)
• 임계전압 이상의 게이트-소스전압을 인가하기 위해 전압분배
바이어스 사용
• 직류 해석 : ID는 E-MOSFET 특성방정식을 이용(7장)
전압분배 바이어스 E-MOSFET를
사용한 공통 소스 증폭기
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전달특성곡선 상에서 EMOSFET 동작
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8-3. 공통 드레인 증폭기
• 공통 드레인 증폭기는 공통 소스 증폭기(BJT)와 유사
• 소스전압이 입력 게이트 전압과 같고 위상이 동일⇒ 소스폴로어
• 전압이득은 항상 1보다 적고, 출력전압이 소스에 있으므로
출력전압은 입력(게이트) 전압과 동상
JFET 공통 드레인 증폭기(소스 폴로어)
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8-4. 공통 게이트 증폭기
• 공통 게이트 증폭기는 공통 베이스 증폭기(BJT)와 유사
• 낮은 입력저항 R in(source) = 1/gm
• 전압이득은 공통소스증폭기와 동일(Av = gmRd)
JFET 공통 게이트 증폭기
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