전회1(CH5)_MOSFET DC 특성 및 기본 DC 회로(5): AC 동작 및 해석

지난 챕터 DC Biasing

 

DC + AC 해석 (1)

 

1) 지난 챕터에서 DC 해석을 했다면 이번 챕터는 AC 신호의 동작을 설명하겠다.

 

2) Vin(입력전압) - Vout(출력 전압)의 관계를 살펴보자. 
--> 지난 시간에 배운 대로 우리는 먼저 회로의 "DC"를 결정해야한다.
--> 때문에 Vin=0일 때 부터, VDD일 때까지를 생각하고 출력 전압을 살펴보면 오른쪽 그림과 같아진다.

--> 기억해야할 것은, 검정선은 "Gate의 DC 전압을 스윕했을 때 출력 DC 전압"의 결과이다.

 

3) 그때 우리는 2번 영역에서 Amp를 동작시키기를 원하며, 당연하게도 입력에 대한 출력의 스윙이 최대가 되는 지점의 DC를 갖기를 원한다. (그 지점이 Q인거)

--> 그 동작점 Q에서 vi라는 소신호가 들어온다면 Vo=VDD-ID*RD - (어떤 소신호에 의한 값) 으로 결정된다.

--> 이때 그 관계는 CS stage에 따라, 위상이 반대며 Voltage Gain만큼 크기가 커진채로 출력되게 된다.

 

DC + AC 해석(2)

4) 앞의 내용을 정리하면,

--> VGS(DC) 전압에 따라, VDS(VDQ)가 결정되고,
--> vgs라는 소신호 입력에 따라 위상이 반전되고 Voltage Gain만큼 신호가 커진 놈이 출력에서 스윙한다.

--> 결국 VGS.max=VGS(DC)+vgs(AC) 일때, VDS.min=VDS(DC)-vds(AC)의 관계를 갖는 것을 알 수 있다.

--> 여기서 알아야하는 건, AC 신호 땜에 생긴 입력의 Peak (VGS.max) -Vth 보다 항상 VDS.min이 커야한다는 사실이다.

 

 

DC + AC 해석 예제

5) 예제를 통해 정리해보자
--> VD(동작점 전압)이 4V이고, kn=1mA/V^2과 Vth=1V가 각각 주어진 상황이다.

--> 먼저, VRD의 전압이 6V이므로 MOS에 흐르는 IDS는 1/3 mA임을 알 수 있다.

--> 이로부터, VGS=1.816V를 유도할 수 있고, gm과 ro 수식에 따라 각각 정의할 수 있게 된다.

 

6) DC 해석을 통해 우리가 얻은 gm과 ro는 AC 해석에서 사용된다.

--> 먼저, VDD(DC전압)은 gnd로 쇼트되고 소신호 신호인 입력과 출력에 대해서만 해석을 진행한다.

--> 그랬을 때, Vo/Vi=-gm*(ro//RD)임을 쉽게 알 수 있고 앞서 DC 해석을 통해 구한 값을 대입하면 된다.

 

이번 챕터에서는 DC 해석을 통한 AC 해석을 수행했다.
이후에는 Diode Connection, Currenet mirror, Body effect, CS/CG/CD(=SF)에 대해 간략히 다룰 예정