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12.20 : トランジスタ

小信号解析では、MOSFET トランジスタアンプは飽和領域で動作しているときに線形アンプとして機能します。MOSFET のゲート - ソース間電圧 (V_GS) は、DC バイアス電圧と小さな時間変動入力信号の合計です。この組み合わせによって動作点が設定され、ドレインからソースに流れるドレイン電流 (I_D) が調整されます。小さな AC 信号がゲートの DC バイアス電圧に重畳されると、瞬間ドレイン電流は次の 3 つの部分で構成されます:

  • DC バイアス電流 (I_D0) は、信号が適用されていない静止電流です。
  • 入力信号とともに線形に変化する成分は、増幅の目的で考慮されます。
  • 非線形成分は入力信号の 2 乗の関数であり、増幅された出力に歪みをもたらします。

VGS の AC 成分の振幅が十分に小さい小信号の場合、ドレイン電流の非線形成分 (入力信号の 2 乗に比例する項を含む) は無視できるほど小さくなります。これらの非線形項を無視することで、MOSFET の動作を線形近似することができ、分析が大幅に簡素化されます。

MOSFET のトランスコンダクタンス (g_m) は、バイアスポイントで評価される V_GS の変化に対するドレイン電流の変化率を表し、次のように定義されます:

Equation 1

ここで、V_GS0 は DC バイアス電圧です。

動作の線形領域では、小信号出力電流 (i_d) は次の式で与えられます:

Equation 2

ここで、v_gs は V_GS の小信号成分で、アンプの電圧ゲイン (A_v) は次の式で与えられます:

Equation 3

ここで、R_L はドレインに接続された負荷抵抗で、電圧ゲイン式の負の符号は、出力信号が入力信号に対して反転していることを示します。

タグ

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

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