[FET 바이어스 회로] 공핍형, 증가형 MOSFET 의 전압나누기 바이어스 회로

 

 

 

공핍형 MOSFET의 전압나누기 바이어스 회로

 

 

 

공핍형 MOSFET의 바이어스 회로는 기본적으로 JFET의 바이어스 회로와 유사하다. 

MOSFET의 입력전압 V_GS와 출력전류 I_D의 관계(특성곡선)은 JFET와 비슷하기 때문이다.

 

V_GS와 I_D의 관계식

 

두 특성곡선의 차이점은 공핍형 MOSFET에서는 이 특성곡선이 V_GS가 양인 경우도 가능하고 I_D 도 I_DSS 이상의 값을 가질 수 있다는 것이다. 이에 따라 소자의 동작점도 이 영역에 존재할 수 있게 된다.

 

결과적으로 앞에서 논의한 바이어스 회로에 공핍형 MOSFET을 대체해도 MOSFET에 맞는 바이어스 회로가 될 수 있다.

 

 

 

공핍형 MOSFET의 전압나누기 바이어스 회로 예시

 

 

 

위 회로는 기본적으로 JFET의 전압나누기 바이어스 회로에서 JFET 대신에 공핍형 MOSFET으로 대체한 회로이다. 

그래서 회로 해석도 JFET의 경우와 동일하다. 

 

 

이전 글에서 전압 나누기 회로 참고

2022.04.18 - [FET 바이어스 회로] JFET 공통 소스 바이어스 회로 - 자체 바이어스 / 전압 나누기 회로

 

 

게이트 전류 I_G = 0 이므로 나눠진 전류 I1과 I2 는 서로 같고, 게이트 전압은 전압나누기 회로에서 아래와 같이 주어진다.

 

 

그리고 입력 부분에 Kirchoff 법칙을 적용하여 V_GS와 I_D사이의 관계식을 구하면 아래와 같다.(JFET 전압나누기 회로 글 참고)

 

 

이 식을 JFET 에서의 입력전압 V_GS와 출력전류 I_D와의 관계식(제곱의 관계)에 대입하여 I_D에 대한 2차 방정식을 구할 수 있다.

 

 

 

 

이 2차 방정식을 풂으로써 I_D를 구할 수 있다.

 

회로의 출력부분에서도 JFET와 같이 

 

 

식을 얻을 수 있다. 이에 따라 MOSFET의 동작점 (I_D, V_DS)가 결정된다.

 

 

 

그래프를 통해 동작점의 드레인 전류와 전압 구하기

 

 

왼쪽은 입력 부분의 회로에서 구한 I_D와 V_GS 간의 1차, 2차식을 그래프로 나타낸 것이다. 두 선이 만나는 지점을 구함으로써 드레인 전류를 구할 수도 있다. 

 

그러나 JFET와는 다르게 그림에서도 보이는 것과 같이 공핍형 MOSFET에서는 특성곡선에서 V_GS > 0 인 부분도 가능하므로 I_D > I_DSS의 값도 가질 수 있다.

 

오른쪽 그래프는 출력 부분에서 구한 V_DS와 I_D간의 1차 식을 그래프에 나타낸 것이다.

동작점 Q가 표시되어 있다.

 

 

 

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증가형 MOSFET의 전압나누기 바이어스 회로

 

 

 

증가형 MOSFET의 특성곡선은 JFET나 공핍형 MOSFET과 다르다. 

증가형 MOSFET의 특성곡선을 보면 전압 V_GS가 문턱전압(threshold voltage) V_T가 되기까지 드레인 전류(출력) I_D가 0이다. 

 

증가형 MOSFET의 전류-전압 특성 참고

2022.03.31 - [self 반도체&전자회로 공부] - [트랜지스터의 특성] 장 효과 트랜지스터 - MOSFET - 2

 

그리고 V_GS > V_T 의 경우에는 맨 처음 FET 바이어스 회로를 소개할 때 적었던 것 처럼

 

 

 

 

드레인 전류는 V_GS - V_T 의 제곱에 비례한다. 비례상수 k는 소자에 따라 다른 상수값이 되는데, 소자의 사양에는 특정 V_GS(on)에 대한 I_D(on)이 주어지기 때문에 이를 사용하여 상수값 k를 구할 수 있다.

 

 

증가형 MOSFET 전압나누기 바이어스 회로 예시

 

 

 

증가형 MOSFET의 전압나누기 바이어스 회로이다. 

 

게이트 전압은 전압나누기 회로에서 위에서와 똑같이 주어진다.

 

 

그리고 이 전압은 R_2에 떨어지는 전압과 동일하므로 

 

 

이다. 

 

이 회로의 입력 부분에 Kirchoff 법칙을 적용하면

 

 

이고, V_G = I2*R2, I_D = I_S이므로 V_GS 와 I_D에 대한 식으로 정리하면 아래와 같다.

 

 

V_GS > V_T인 경우에 대해서 위에서 구한 식을 I_D의 식에 대입하면 아래와 같이 2차 방정식을 구할 수 있다.

 

 

이 2차 방정식을 풂으로써 I_D를 구할 수 있다. 

 

똑같이 이 회로의 출력 부분에 Kirchoff 법칙을 적용하면

 

 

인데, I_D = I_S 이므로 다시 V_DS와 I_D에 대해 정리하면 아래와 같다.

 

 

이에 따라 MOSFET의 동작점 (I_D, V_DS)가 결정된다. 

 

 

 

그래프를 통해 동작점의 드레인 전류와 전압 구하기

 

 

MOSFET이 포화영역에 있기 위해서는 V_DS > V_GS - V_T의 조건을 만족해야 한다.

 

왼쪽은 입력 부분의 회로에서 구한 I_D와 V_GS 간의 1차, 2차식을 그래프로 나타낸 것이다. 두 선이 만나는 지점을 구함으로써 드레인 전류를 구할 수도 있다.

 

오른쪽 그래프는 출력 부분에서 구한 V_DS와 I_D간의 1차 식을 그래프에 나타낸 것이다.

동작점 Q가 표시되어 있다.

 

 

 

 

 

 

 

 

계속 반복을 하니까.. 처음엔 잘 모르겠는것도 뭔가 자연스럽게 알게되는 듯...

 

 '과학도를 위한 반도체와 전자회로의 기초' 책을 공부하여 작성 하였습니다.