25. FET 저주파 응답
BJT와 같은 방법으로 해석하고 저주파응답은 CG, CC, CS에 의해 결정된다.
1) CG의 영향
XCG를 만족하는 주파수 즉, 12πfCG=Rsig+RG를 만족하는 주파수 fLG=12π(Rsig+RG)CG가 차단주파수이다(Ri=RG).
2) CC의 영향
XCC=(RD||rd)+RL을 만족하는 주파수 즉, 12πfCG=(RD||rd)+RL을 만족하는 주파수 fLC=12π((RD||rd)+RL)CC가 차단주파수이다.(Ro=(RD||rd)+RL)
3) CS의 영향
CS의 영향을 구하기 전에 CS에서 바라본 저항 Req=VI를 구해야 한다.
V1=(I−VRS)(RD||RL), Vgs=Vg−Vs=0−Vs=−V이므로VRS=gmVgs+V1−Vrd+I=−gmV−RD||RLRSVrd+Ird(RD||RL)−Vrd+I이고 V(rd+gmrdRS+(RD||RL)+RSRSrd)=I((RD||RL)+rdrd)이므로 Req=VI=RS1+RS(1+gmrd)rd+(RD||RL)이다.
여기서 FET의 출력저항 rd를 무시하면(rd=∞), Req=(1gm)||RS이다.
그러므로 XCS=Req를 만족하는 주파수 즉, 12πfCS=Req를 만족하는 주파수 fLS=12πReqCS가 차단주파수이다.
fLG, fLC, fLS중에서 가장 큰 주파수가 전체 시스템의 하위 차단주파수(fL)에 가장 큰 영향을 미친다.
위의 회로에서
CG=0.01μF, CC=0.5μF, CS=2μF
Rsig=10kΩ, RG=1MΩ, RD=4.7kΩ, RS=1kΩ, RL=2.2kΩ
IDSS=8mA, VP=−4V, rd=∞Ω, VDD=20V이다.
ID=IDSS(1−VGSVP)2와 VGS=−IDRS식을 연립해서 풀면 VGSQ=−2V, IDQ=2mA이고 gm0=2IDSS|VP|=2(8mA)4V=4mS이므로 gm=gm0(1−VGSQVP)=4mS(1−−2V−4V)=2mS이다.
Ri=RG=1MΩ, Ro=RD||rd=4.7kΩ||∞Ω=4.7kΩ, Req=(1gm)||RS=1kΩ||0.5kΩ=333.33Ω이므로
fLG=12π(Rsig+Ri)CG=12π(10kΩ+1MΩ)(0.01μF)=15.8Hz
fLC=12π(Ro+RL)CC=12π(4.7kΩ+2.2kΩ)(0.5μF)=46.13Hz
fLS=12πReqCS=12πReqCC=12π(333.33Ω)(2μF)=238.73Hz이다.
저주파응답을 결정하는 하위 차단 주파수는 fLS−238.73Hz이고 주파수 응답의 기울기는
fLC<f<fLS에서 −6dB/octave 또는 −20dB/decade
fLG<f<fLC에서 −12dB/octave 또는 −40dB/decade
0<f<fLG에서 −18dB/octave 또는 −60dB/decade이다.
시스템의 중간 이득 대역이Avmid=VoVi=−gm(RD||RL)=−(2mS)(4.7kΩ||2.2kΩ)=−(2mS)(1.499kΩ)=−3이므로. 이 FET 회로의 주파수 그래프는 다음과 같다.
참고자료:
Electronic Devices and Circuit Theory 11th edition, Boylestad, Nashelsky, Pearson
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