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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=(IVRS)(RD||RL), Vgs=VgVs=0Vs=V이므로VRS=gmVgs+V1Vrd+I=gmVRD||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(1VGSVP)2VGS=IDRS식을 연립해서 풀면 VGSQ=2V, IDQ=2mA이고 gm0=2IDSS|VP|=2(8mA)4V=4mS이므로 gm=gm0(1VGSQVP)=4mS(12V4V)=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 fLS238.73Hz이고 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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Posted by skywalker222