問題
方針
「接合型FETのソース接地増幅回路」に関する問題です。(平成24年問18と同じ問題です)
解法
(a)
「接合型FETのソース接地増幅回路(自己バイアス)」
ゲート－ソース間の電圧VGSはバイアス電圧(接合型nチャネルなので負電圧)で、この電圧を中心に入力信号が変化する。
バイアス電圧VGSは抵抗RSによって決まる。
FETなのでゲート電流IG＝0であり、抵抗RSの電流はドレイン電流IDとなる。従って以下が成り立つ。
VS= RS×ID
ゲートは抵抗RGにより接地されていて、VG＝0となる。従って、以下が成り立つ。
VS+VGS=0
問題の「接合型FETのソース接地増幅回路」の抵抗Rsは、下記の式が成り立ちます。
VS= RS×Id
また、抵抗Rsの電圧Vsは、下記の式が成り立ちます。
VS+Vgs=0
問題の図2より動作点Pのバイアス電圧Vgs＝－1.8V、ドレイン電流Id＝1.8mAであることが分かります。
抵抗RSの電圧VSを求めます。
$\displaystyle V_S=0-V_{gs}=0-(-1.8)=1.8 \ [V] $
抵抗RSを求めます。
$\displaystyle R_S=\frac{V_S}{I_d}=\frac{1.8}{1.8×10^{-3}}=1×10^3 \ [Ω]=1 \ [kΩ] $
(b)
電圧増幅度Avは、入力電圧viに対する出力電圧voで求まるので、問題の図3の小信号等価回路より、出力電圧voを求めます。
出力側の回路は、抵抗RDとRLの並列回路で、電流はIdなので、電圧voを求めます。
$\displaystyle v_o=\frac{R_DR_L}{R_D+R_L}I_d \ [V] $
回路図より定電流源の電流はId＝gmviとなります。
$\displaystyle v_o=\frac{R_DR_L}{R_D+R_L}I_d=\frac{R_DR_L}{R_D+R_L}g_mv_i \ [V] $
RD＝5kΩ、RL＝2.5kΩ、gm＝6mSを代入して、電圧増幅度Avを求めます。
$\displaystyle A_v=\frac{v_o}{v_i}=\frac{R_DR_L}{R_D+R_L}g_m=\frac{(5×10^3)×(2.5×10^3)}{(5×10^3)+(2.5×10^3)}×(6×10^{-3})=10 $
解答
(a)の解答は(4)となります。
(b)の解答は(1)となります。
(a)に関しては「接合型FETのソース接地増幅回路(自己バイアス)」を知らないと難しいと思われます。
