FET 바이어스 회로 (Field Effect Transistor)
양극 접합트랜지스터는 전류로 제어되는 소자인 데 반해, FET는 전압으로 제어되는 소자이다.
따라서 양극 접합트랜지스터에서는 베이스 전류 I_B를 조절하여 소자가 원하는 지점(활동영역, active region)에서 작동되도록 하는데 반해, FET에서는 게이트 전압 V_GS를 조절하여 원하는 지점(포화영역, saturation region)에서 소자가 동작하도록 만든다.
그리고 양극 접합트랜지스터의 입력과 출력 사이의 관계는 직선전인 데 반해(콜렉터전류 = β*베이스전류),
FET에서는 입력과 출력 사이의 관계는 제곱의 관계를 나타낸다.
JFET와 공핍형(depletion) MOSFET 에서는 입력전압 V_GS와 출력전류 I_D의 관계는 아래와 같다.
그리고 증가형(enhancement) MOSFET에서는 V_GS > V_T의 영역(입력이 문턱 전압을 넘은 영역)에서 아래와 같이 표현할 수 있다. 여기서 k는 상수이고, V_T는 입력전압의 문턱 전압(threshold voltage)이다.
FET의 입력저항은 아주 크기 때문에 게이트 전류는 기본적으로 0이라고 할 수 있다. I_G = 0
그리고 양극 접합트랜지스터(I_C ≒ I_E)에서와 마찬가지로 I_D ≒ I_S 가 만족된다.
FET의 dc 바이어싱은 입력전압 V_GS를 조절하여 출력전류 I_D를 소자가 동작하기를 원하는 영역으로 만드는 것이다.
(V_DS가 포화 영역에 있도록)
위 그림은 JFET의 입력 및 출력 특성곡선이다. 입력 특성곡선에는 bias line이 함께 그려져 있고, 출력 특성곡선에는 부하선(load line)이 함께 그려져 있다.
여기서 bias line은 바이어스 회로에 의해 결정되며, 이 바이어스 선이 입력 특성곡선과 만나는 지점에서 Q점이 결정된다.
Q점은 (V_GS, I_D)로 주어지며, V_GS의 조절에 의해 I_D가 결정됨을 볼 수 있다.
그리고 출력 부분의 회로에 의해 부하선이 결정되고, 이 부하선이 출력 특성곡선과 만나는 지점에 Q점인 V_DS가 결정된다.
여기서 이 결정된 V_DS는 포화영역(saturation region)에 존재해야 한다.
그리고 위 그래프와 같이 입력신호가 들어갈 경우, 출력에서 나오는 신호의 진폭이 신호의 찌그러짐이 없도록 하기 위해서는 Q점을 드레인에 공급하는 전압 V_DD의 중간에 오도록 하는 것이 좋다.
MOSFET와 JFET의 바이어스 회로는 큰 차이가 없다. 단지 동작점이 활동영역에 있기 위한 조건이 다르다.
동작점이 포화영역에 있기 위해서 JFET의 경우에는 V_DS > |V_P| 의 조건을 만족해야 한다.
반면에 MOSFET의 경우에는 동작점의 V_DS는 V_DS > V_GS - V_T 의 조건을 만족해야 포화영역에 존재한다.
FET를 이용한 증폭기는 공통으로 사용하는 단자에 따라 공통 소스, 공통 게이트, 공통 드레인 증폭회로가 있다.
공통 소스 증폭기에서는 게이트 단자로 입력신호가 들어가고 드레인 단자로 출력신호가 나온다.
소스 단자는 공통(common, 접지 또는 전원 연결)으로 사용된다.
공통 게이트 증폭기에서는 게이트 단자로 입력신호가 들어가고 소스 단자로 출력신호가 나온다.
드레인 단자는 공통으로 사용된다. 공통 드레인 증폭기의 전압 증폭률은 1에 가깝다. 이에 따라 게이트 전압의 변화는 소스 전압에 바로 전달된다. 그래서 공통 드레인 증폭기를 소스 따라가기 회로(source follower)라고도 부른다.
'과학도를 위한 반도체와 전자회로의 기초' 책을 공부하여 작성 하였습니다.
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