개요
전자회로에서 FET의 중요성은 말할 필요도 없다. 이전에 쓴 포스트에서도 자세히 설명했지만 중요한 부분인 만큼 또 언급하고 싶다. FET는 BJT와 아주 비슷한 기작을 보이지만 2가지의 차이점을 보여준다.
첫째는 그 성능이다. 작동 기작은 비슷하고 작동 결과도 같지만, BJT가 FET보다 더 큰 파워를 가진다. 따라서 BJT는 증폭이 중요한 전자회로, 하이파이 스피커 등에 주로 사용된다. 대부분 현대 전자회로에서는 FET가 사용되는데, FET는 BJT와 다른 두번째 차이점이 이때 주효하게 작용한다. FET는 작동에 전류가 관여하지 않는다. BJT의 base에 대응되는 gate에서 걸리는 전압에 의하여 drain과 source 사이 채널이 생성디기 때문이다. 또한 BJT보다 훨씬 작은 전압에서 작동하므로, 효율적이고 소형화에도 유리하다.
FET의 IV 커브
이전 포스트처럼, BJT와 FET의 IV 커브는 거의 동일하다. 단, saturation, 포화 구역이 서로 반대임을 주의하자. 또한 IV 커브의 Bias 방법도 동일하다. IV 커브는 가장 높은 약 2.4mA에서 포화된 것이 2V를 주어졌을 때 나타난 그래프이다.
FET의 소신호 해석
이 증폭 FET 회로의 해석은 다음 IV 커브에 적용시키면 다음과 같다. 또한 바이어스 포인트를 조사하기 위해 다음과 같이 그래프를 그리면,
이 때 동작점 Q과 로드라인을 정하기 위해 다음과 같은 공식을 이용하면
//동작점 Q
Vgsq = (R2/(R1+R2))*VDD = 2.5V
//로드 라인
Id = (Vdd-Vds)/(Rd + Rs) = (5 - Vds)/6000 - 200
*기울기가 Rd임*
// 각 x, y절편을 구하면
Vds = Vdd = 5, Id = 0
Id = Vdd/Rd = 5/5800 = 862u, Vds = 0이 때 2.5V 영역의 포화영역과 바이어스 되지 않으므로 이 FET 전자회로는 증폭기로 동작하지 않는다.
FIX
다시 주변 저항을 재설정하여 VCC 전압 분배를 바꾼 회로이다. 이 경우, 다시 로드 라인과 동작점 Q는 다음과 같다.
- loadline : y절편 = 0.862mA, x절편 = 5V (이전과 같음)
- Q : 1.776V
다시 이전의 IV커브에 로드 라인을 추가한 그림을 가져와보자.
맨 아래 희미하게 보이는 1.75V 라인과 그 위에 위치한 1.8V 라인 사이에 동작점이 위치하게 된다. 따라서 이 FIX FET 회로는 증폭기로 동작이 가능하게 된다.
4700k 저항을 사용했을 때와 다르게, 그래프의 색을 주목하면 같은 곳을 같은 것으로 측정했음에도 불구하고 그래프의 색이 반전되었음을 확인할 수 있다. 이는 증폭이 시행되었음을 나타낸다.
커패시터의 유무
커패시터가 있고 없고에 따라서 증폭량이 달라지는 것을 관찰할 수 있다. 단지 커패시터만 없앴을 뿐인데, 갑작스럽게 gain이 1로 변화한 것을 볼 수 있다.
