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12.20 : 트랜지스터

소신호 분석에서 MOSFET 트랜지스터 증폭기는 포화 영역에서 작동할 때 선형 증폭기 역할을 합니다. MOSFET의 게이트-소스 전압(V_GS)은 DC 바이어스 전압과 시간에 따라 변하는 작은 입력 신호의 합입니다. 이 조합은 작동점을 설정하고 드레인에서 소스로 흐르는 드레인 전류(I_D)를 변조합니다. 작은 AC 신호가 게이트의 DC 바이어스 전압에 중첩되면 순간 드레인 전류는 세 부분으로 구성됩니다.

  • DC 바이어스 전류(I_D0)는 신호가 인가되지 않은 대기 전류입니다.
  • 입력 신호에 선형적으로 변화하는 성분은 증폭 목적으로 고려됩니다.
  • 비선형 성분은 입력 신호의 제곱 함수이며 증폭된 출력에 왜곡을 초래합니다.

V_GS의 AC 성분의 진폭이 충분히 작은 작은 신호의 경우 드레인 전류의 비선형 성분(입력 신호의 제곱에 비례하는 항 포함)은 무시할 수 있습니다. 이러한 비선형 항을 무시함으로써 MOSFET의 동작을 선형적으로 근사화할 수 있어 분석이 크게 단순화됩니다.

MOSFET의 트랜스컨덕턴스(gm)는 V_GS 변화에 따른 드레인 전류 변화율을 나타내며 바이어스 지점에서 평가되며 다음과 같이 정의됩니다.

Equation 1

여기서 V_GS0은 DC 바이어스 전압입니다.

선형 작동 영역에서 소신호 출력 전류(i_d)는 다음과 같이 계산됩니다.

Equation 2

V_gs가 V_GS의 소신호 구성요소인 경우 증폭기의 전압 이득(A_V)은 다음과 같이 계산됩니다.

Equation 3

R_L이 드레인에 연결된 부하 저항인 경우, 전압 이득 방정식의 음수 부호는 출력 신호가 입력 신호에 대해 반전되었음을 나타냅니다.

Tags

Small signal AnalysisMOSFET AmplifierSaturation RegionGate to source VoltageDC Biasing VoltageDrain CurrentAC SignalNonlinear ComponentTransconductanceVoltage GainLoad ResistanceAmplified OutputLinear Approximation

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