電子回路 Ⅰ 第 6 回 電子回路 Ⅰ 7
講義内容. 半導体素子 ( ダイオードとトランジスタ ). 基本回路 3. 増幅回路 バイポーラトランジスタの パラメータと小信号等価回路 二端子対回路 パラメータ 小信号等価回路 FET(MOFET) の基本増幅回路と等価回路 MOFET の基本増幅回路 MOFET の小信号等価回路 電子回路 Ⅰ 7
増幅回路の入出力インピーダンス 増幅度 ( 利得 ) 入力インピーダンス 出力インピーダンス 増幅回路 入出力インピーダンスは 前後の回路に影響を及ぼす 電子回路 Ⅰ 7 3
電子回路 Ⅰ 7 4 小信号 パラメータ,, f r f r
電子回路 Ⅰ 7 5 小信号 パラメータ,, f r f r
電子回路 Ⅰ 7 6 エミッタ接地回路 C E B,,
電子回路 Ⅰ 7 7 トランジスタと パラメータ E C ベース接地回路,, b fb rb b B C,, e fe re e エミッタ接地回路
電子回路 Ⅰ 7 8 パラメータと小信号等価回路,, f r f r r f /
パラメータによる小信号等価回路 エミッタ接地回路 e B C E re fe / e 電子回路 Ⅰ 7 9
パラメータによる小信号等価回路 増幅回路 R L e re / >> e R L e re fe / e fe 電子回路 Ⅰ 7
エミッタ接地回路 増幅度 ( 利得 ) C 出力インピーダンス 入力インピーダンス B B C E R L e re fe / e 電子回路 Ⅰ 7
エミッタ接地回路の小信号等価回路 入力インピーダンス e 出力インピーダンス re fe / e R L re / >> e R L e fe / e R L 電子回路 Ⅰ 7
例題 5 増幅度 ( 利得 ) 入力インピーダンス e 出力インピーダンス fe / e R L 電子回路 Ⅰ 7 3
小信号等価回路 ( MOFET との比較 ) r b ' be r π g m' be r 電子回路 Ⅰ 7 4
MOFET の基本増幅回路 ゲート接地回路 ソース接地回路 ドレイン接地回路 ( ソースフォロワ ) 電子回路 Ⅰ 7 5
MO トランジスタによる増幅回路 MO トランジスタは 3 端子素子 (Bulk 端子を除く ) である ドレイン ゲート ソース増幅回路 ( 3 端子 ) 入力端子 出力端子 接地 ( 共通 ) 端子 MO トランジスタの 3 端子のうち どれを接地 ( 共通 ) 端子にするか? R R n M ut ut ut n M b M R AC 接地 n ソース接地増幅回路ゲート接地増幅回路ドレイン接地増幅回路 電子回路 Ⅰ 7 6
ソース接地回路 R L R L C B E CC BB B 電子回路 Ⅰ 7 7
ゲート接地回路 R L R L C B E 電子回路 Ⅰ 7 8
ドレイン接地回路 ( ソースフォロワ ) C B E CC R L R L BB B 電子回路 Ⅰ 7 9
動作原理 ( ソース接地回路 ) d R L O R L O B B 直流回路 直流 微小交流電圧 電子回路 Ⅰ 7
MOFET の電流 電圧特性 線形領域 飽和領域 > 電子回路 Ⅰ 7
MO トランジスタの電流 電圧特性 乗曲線 µ nc x W L ( ) ( 飽和領域において ) THN TH しきい電圧 TH エンハンスメント (Enancement) 形 電子回路 Ⅰ 7
トランジスタのバイアス R L? B 電子回路 Ⅰ 7 3
負荷曲線と動作点 R L 負荷線 傾き : R L 動作点 (OP) BP > 電子回路 Ⅰ 7 4
動特性と図式解法 R L 負荷線 傾き : R L 動作点 (OP) BP TH 電子回路 Ⅰ 7 5
MOFET の小信号等価回路 基本特性 乗特性 次効果 チャネル長変調効果 基板バイアス効果 電子回路 Ⅰ 7 6
MO トランジスタの特性 (NMO) µ C n x W L ( ) THN W/L µ nc x W L ( ) THN W ncx THN ( ) ( λ ) µ L チャネル長変調効果 THN 線形領域 飽和領域 チャネル長変調 THN 電子回路 Ⅰ 7 7
MO トランジスタの特性 (PMO) µ C p x W L ( ) THP W/L µ pc x W L ( ) THP W pcx THP ( ) ( λ ) µ L チャネル長変調効果 THP 線形領域 飽和領域 チャネル長変調 THP 電子回路 Ⅰ 7 8
基板バイアス効果 (NMO) cnst W/L M B B B B < 基板バイアス効果 TH TH cnst TH TH TH γ γ ( Φ F B Φ F ) ( Φ F B Φ F ) cnst THN µ nc µ nc x x W L W L ( ) TH { ( )} TH γ Φ F B Φ F B B 電子回路 Ⅰ 7 9
MO トランジスタの 特性 乗曲線 µ nc x W L ( ) THN ( 飽和領域において ) TH g m しきい電圧 TH 相互コンダクタンス 電子回路 Ⅰ 7 3
MO トランジスタ直流特性の概要 µ C n x W L ( THN ) µ nc x W L ( ) THN << ( THN ) THN 線形領域 飽和領域 電子回路 Ⅰ 7 3
MO トランジスタの大信号等価回路 µc x W L ( ) TH lnear ( 線形領域 ) THN saturatn ( 飽和領域 ) チャネル長変調効果 > TH < TH R ON R ON µ C x W L ( ) TH W Cx TH ( ) ( λ ) µ L > TH << ( TH ) > TH > TH 電子回路 Ⅰ 7 3
FET の小信号等価回路 ds gs g m r チャネル長変調効果 電圧制御電流源 g m 電子回路 Ⅰ 7 33
MO トランジスタの小信号等価回路 gs g m gs gs g m gs r gs g m gs r g mb bs bs チャネル長変調効果 gs g m gs g mb bs bs B B 基板バイアス効果 チャネル長変調効果 & 基板バイアス効果 電子回路 Ⅰ 7 34
MO トランジスタの小信号パラメータ g g m mb W µ ncx THN L n µ C x µ C n n W L B µ C x x THN W L ( ) ( λ ) ( )( λ ) W L THN ( λ ) r / µ nc λ THN ( ) ( λ ) THN B x g W L m ( ) γ Φ F THN B λ TH TH TH γ ( Φ F B ΦF ) B TH B γ / ( Φ ) F B 電子回路 Ⅰ 7 35
MO トランジスタの小信号等価回路のまとめ W µ ncx THN L ( ) ( λ ) gs g m gs r g mb bs bs B g m n µ C x µ C n W L x THN ( )( λ ) W L THN ( λ ) r µ nc λ / x W L ( ) THN λ g mb g n m B µ C x W L Φ THN ( ) ( λ ) γ F B THN B 電子回路 Ⅰ 7 36
小信号等価回路による解析 MO トランジスタ増幅回路 ソース接地回路 ゲート接地回路 ドレイン接地回路 小信号解析 小信号等価回路 電子回路 Ⅰ 7 37
ソース接地増幅回路の増幅度 g ds r ut n g m r R R ut n M ut g n m 小信号等価回路 ( r R ) // R R n ut R Rr // r R ( R << r ) R r A ( r R ) ut gm // n m g A g R r >> R ) ( m r R r R 電子回路 Ⅰ 7 38
ゲート接地増幅回路の増幅度 g ds r ut g m r g mb B R R ut R B B b M n B AC 接地 R 小信号等価回路 n R : 信号源の出力抵抗 電子回路 Ⅰ 7 39
ゲート接地増幅回路の増幅度 g m r g mb B R ut ut R n R ut r gm g R mb R ut R n R B ut ut r gm gmb R n R R ut B n 小信号等価回路 ut ( gm gmb ) R n ut ut r R R ut ut ( gm g ) mb R n R n ut ut r R R R A ut n r ( gm gmb ) r R ( g g ) r R R R m mb 電子回路 Ⅰ 7 4
ゲート接地増幅回路の入力抵抗 ut g m r g mb B R R ut テスト電源 X X B B b M B AC 接地 小信号等価回路 入力抵抗 :R n x / x 入力抵抗 :R n 電子回路 Ⅰ 7 4
ゲート接地増幅回路の入力抵抗 X X r X g m g mb X ( g m g mb ) X X X g m B B r 小信号等価回路 g mb B R X { X ( gm gmb ) X } X R r R n ( g g ) r >> m mb X X R ( g g ) m R r mb ( gm gmb ) r gm gmb r R R n X X ( g g ) m r mb r r g m g mb 電子回路 Ⅰ 7 4
ゲート接地増幅回路の出力抵抗 テスト電源 R g m r g mb B X X ut R B B b M B AC 接地 出力抵抗 :R ut R R // R ut X 小信号等価回路 出力抵抗 :R ut R // R X R // ( x / x ) R R : 信号源の出力抵抗 電子回路 Ⅰ 7 43
ゲート接地増幅回路の出力抵抗 テスト電源 R X R g m B r B 小信号等価回路 g mb B X X r ( gm gmb ) X ( gm gmb ) R X X { X ( gm gmb ) R X } X R X r R X ( g g ) r >> X X m mb r { ( gm gmb ) R } R { ( gm gmb ) r } ( gm gmb ) r R r { ( g m g mb ) R } r R r ut [ R { ( gm gmb ) r } r ] R R // 電子回路 Ⅰ 7 44
ドレイン接地増幅回路 ( ソースフォロワ ) の増幅度 n g m g mb B n M ut ut R B B B R 小信号等価回路 n ut R n g / R m gmbut ut { ( g g ) R } ut A g m R / m n mb 電子回路 Ⅰ 7 45
ドレイン接地増幅回路の出力抵抗 g m g mb B AC 接地 M ut X X B B B 出力抵抗 :R ut 小信号等価回路 出力抵抗 :R n x / x X g X ut m X g mb X ( g g ) R / m mb 電子回路 Ⅰ 7 46
ドレイン接地増幅回路の出力抵抗 ( チャンネル長効果を考慮 ) g m r g mb B AC 接地 M ut ut R B B B R 小信号等価回路 R ut // // r R g g // m mb 電子回路 Ⅰ 7 47
ドレイン接地増幅回路の出力抵抗 ( チャンネル長効果を考慮 ) X X g m X B r g mb X ut X g m X /g m B 小信号等価回路 電子回路 Ⅰ 7 48
ドレイン接地増幅回路の出力抵抗 ( チャンネル長効果を考慮 ) X g m B r B X g mb X ut X g mb X /g mb B 小信号等価回路 電子回路 Ⅰ 7 49
ドレイン接地増幅回路 ( チャンネル長効果を考慮 ) n g m /g m r /g mb ut ut R r /g mb R 小信号等価回路 小信号等価回路 A // r // R gmb // r // R g mb g m R ut // // r R g g // m mb 電子回路 Ⅰ 7 5