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30. 설계, 고장검사, p채널 FET



설계는 회로의 소자값을 결정하는 것으로 FET의 경우, VGSQ=Vp2,IDQ=IDSS2가 가장 좋은 동작점이다.

옴의 법칙으로부터 Runknown=VRIR을 이용하여 저항값을 설정하고, 소자의 전류, 전압 값이 규격서의 최대정격을 초과하지 않도록 설계해야 한다.


위의 FET 공통 게이트 회로에서 RD,RS의 값을 구해야 한다. IDQ=20V12VRD=2.5mA이므로 RD=8V2.5mA=3.2kΩ이다.

ID=IDSS(1VGSVp)2으로부터 VGS=Vp(1±IDIDSS)이므로 VGS=4.935V 또는 VGS=1.06V이고, VGS>Vp이어야 하므로 VGS=1.06V이다. 그러면 VGS=IDRS이므로 RS=VGSIDQ=1.06V25mA=424Ω이다.


위의 FET 전압 분배기 회로에서 RS를 구해야 한다. IG=0A이므로 VG=R2R1+R2(16V)=47kΩ91kΩ+47kΩ(16V)=5.44V이고 ID=16V12V1.8kΩ=2.22mA, VG=IDRS+VGS(VGS=VGVS,VS=IDRS)이므로 RS=VGVGSID=5.44V+2V2.22mA=3.35kΩ이다.

(* IDSS,Vp가 주어지지 않아서 Shockley 방정식을 사용할 수 없다)


위의 FET회로에서 VDDRD의 값을 구해야 한다. 이 회로에서 VDS=12VDD,ID=ID(ON)이다. 그러면 ID=ID(ON)=4mA, VGS=VGS(ON)=6V이고, IG=0A이므로, VDS=VGS=12VDD이고, VDD=2VDS=2VGS=12V이다. 또한 VDD=IDRD+VDS이므로 RD=VDDVDSID=12V6V4mA=1.5kΩ이다.


-고장검사


다음의 순서를 따라 고장검사를 한다.

1. 회로의 구성 검토.

2. 정확한 소자를 사용했는지 검사.

3. 이론에 근거한 단자 전압, 전류를 검사.

(n채널 JFET의 경우: Vp<VGS<0, 14VDD<VDS<34VDD)

(JFET 자기 바이어스 회로의 직류동작검사)


-p채널 FET


 (p채널 JFET)

(p채널 공핍형 MOSFET)


(p채널 증가형 MOSFET)


VGS:

JFET의 경우: VGS>0,Vp>0

공핍형 MOSFET의 경우: +,-둘 다 허용(공핍모드: VGS>0, 증가모드: VGS<0), Vp>0

증가형 MOSFET의 경우: VGS<0,VT<0

VDS<0이고, 바이어스 선의 기울기는 IS(ID)의 전류방향 때문에 +이다. p채널의 전달특성곡선은 n채널의 전달특성곡선을 ID축에 대해 대칭이동한 곡선이고 VDD<0이다.


위의 p채널 JFET 전압 분배기 회로에서 VG=R2R1+R2(20V)=20kΩ68kΩ+20kΩ(20V)=4.55V이므로, VGS=VGVS=VG(IS)RS=VG+ISRS=VG+IDRS이고, IDSS(1VGSVp)2이므로 이 두 식들을 연립해어 얻어지는 이차방정식IDSS(RS)V2pV2GS+(12IDSS(RS)Vp)VGSIDSSRSVG=0에 값들을 대입하면 0.9V2GS+8.2VGS9.85=0이고, 근의 공식으로부터 VGS=7.687V 또는 VGS=1.424V이다. VGS<Vp이어야 하므로 VGS=1.424V이고, ID=VGSVGRS=(1.424(4.55))V1.8kΩ=3.32mA이므로 동작점은 (IDQ,VGSQ)=(3.32mA,1.42V)이다. 20=ISRS+VSD+IDRD이므로 VSD=20ID(RD+RS)=20(3.32mA)(4.5kΩ)=5.05V이고 VDS=VSD=5.05V이다. 


참고자료:

Electronic Devices and Circuit Theory 11th edition, Boylestad, Nashelsky, Pearson

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Posted by skywalker222