[FET 바이어스 회로] JFET 공통 소스 바이어스 회로 - 자체 바이어스 / 전압나누기 회로

 

 

JFET 공통 소스 바이어스 회로

 

 

 

공통 소스 증폭기에서는 입력신호 v_i가 게이트 단자로 들어가고 출력신호 v0가 드레인 단자로 나온다.

소스 단자는 공통(common, 접지 또는 전원연결)으로 사용한다. 전압증폭기로 가장 널리 사용되고 있는 것이 공통 소스 증폭기이다.

 

공통 소스 증폭기를 위한 바이어스 회로에는 아래 세 가지가 있을 수 있다.

 

1. 고정 바이어스 회로

2. 자체 바이어스 회로 

3. 전압나누기 바이어스 회로 

 

 

1번은 이전 글 참고

2022.04.17 - [FET 바이어스 회로] JFET 공통 소스 바이어스 회로 - 고정 바이어스 회로

 

 

 

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2. 자체 바이어스 회로

 

자체 바이어스(self bias) 회로는 JFET에서 널리 사용되고 있는 바이어스 회로이다. 

 

 

 

자체 바이어스(self bias) 회로 예시

 

 

 

자체 바이어스 회로이다. 고정 바이어스 회로와 다른 점은 소스 저항 R_S, 소스 전류 I_S 가 추가되었다. 그리고 게이트 쪽의 전원이 따로 없다.

 

입력신호는 게이트 단자로 들어가는 v_i 이고 출력신호는 드레인 단자로 나오는 v_0이다. JFET 공통 소스 바이어스 회로니까 소스 단자는 공통으로 사용하고 있다. 게이트 전류 I_G = 0이고, I_D = I_S 이다.

 

 

회로의 입력 부분에 Kirchoff 법칙을 적용하면

 

 

 

 

이고, 게이트 전류가 0 이고 I_S가 드레인 전류와 같은 것을 이용하여 V_GS에 대해 다시 정리하면 아래와 같다. 

 

 

 

 

이와 같이 소스 단자의 저항 R_S에 떨어지는 전압강하에 의해 바이어스 전압 V_GS가 주어질 뿐, 외부에서 주어지는 전원이 없으므로 이 회로를 자체 바이어스 회로라고 부른다.

 

 

 

 

그리고 입력 부분의 키르히호프 식과 JFET 에서의 입력전압 V_GS와 출력전류 I_D와의 관계식(제곱의 관계)을 통해 출력 전류 = 드레인 전류 = I_D 에 대한 식으로 쓸 수 있다.

 

이 식은 I_D에 대해 2차 방적식이므로 이를 풂으로써 I_D를 구할 수 있다.

 

 

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회로의 출력 부분에 Kirchoff 법칙을 적용하면

 

 

 

 

이고, I_D = I_S를 이용하여 다시 드레인-소스 전압 V_DS에 대해 정리하면 아래와 같다.

 

 

 

이 식은 V_DS 와 I_D의 관계를 직선으로 나타낼 수 있으며 JFET의 동작점 (I_D, V_DS)를 결정할 수 있다.

 

 

그래프를 통해 동작점의 드레인전류 및 전압 구하기

 

 

왼쪽 그래프는 입력 부분에 키르히호프 법칙을 적용하여 구한

 

 

직선과

 

 

곡선을 표현한 그래프가 왼쪽에 그려져 있다. 이 직선과 곡선이 만나는 지점을 구함으로써 드레인 전류를 구할 수 있다.

 

오른쪽 그래프는 

 

 

 

 

식을 나타낸 것으로 동작점 Q이 표시되어 있다.

 

 

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3. 전압나누기 바이어스 회로

 

전압나누기 회로를 통해서 V_GS를 더 쉽게 조절할 수 있다. 

 

 

전압나누기 바이어스 회로 예시

 

 

전압나누기 회로를 이용한 바이어스 회로이다. 게이트 전류 I_G = 0 이므로 나눠진 전류 I1과 I2 는 서로 같고, 

게이트 전압은 전압나누기 회로에서 아래와 같다.

 

 

 

 

그리고 이 전압은 R2에 떨어지는 전압과 같다. 즉, V_G = I2*R2 이다.

 

이 회로의 입력 부분에 Kirchoff 법칙을 적용하면

 

 

 

 

이다. 여기서 V_G = I2*R2 이고, 드레인 전류와 소스 전류는 동일하므로(I_S = I_D) V_GS에 대해 다시 정리하면 아래와 같다.

 

 

 

 

그리고 입력 부분의 키르히호프 식과 JFET 에서의 입력전압 V_GS와 출력전류 I_D와의 관계식(제곱의 관계)을 통해 출력 전류 = 드레인 전류 = I_D를 구할 수 있다.

 

 

 

이 식은 드레인 전류 I_D에 대한 2차 방정식이므로 이 식을 풂으로써 I_D를 구할 수 있다.

 

 

 

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출력 부분에 Kirchoff 법칙을 적용하면

 

 

 

 

이고, I_S = I_D를 적용하여 V_DS에 대해 다시 정리하면 아래와 같다.

 

 

 

 

이 식은 V_DS 와 I_D의 관계를 직선으로 나타낼 수 있으며 이에 따라 JFET의 동작점 (I_D, V_DS)가 결정된다.

 

 

그래프를 통해 동작점의 드레인 전류와 전압 구하기

 

 

 

왼쪽 그래프는 입력 부분에 키르히호프 법칙을 적용하여 구한

 

직선과

 

 

곡선을 표현한 그래프가 왼쪽에 그려져 있다. 이 직선과 곡선이 만나는 지점을 구함으로써 드레인 전류를 구할 수 있다.

 

오른쪽 그래프는

 

 

식을 나타낸 것으로 동작점 Q이 표시되어 있다.

 

 

 

 

 

 

 

 

폐회로만 보면 바로 Kirchoff.. 

 

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