第10回
周波数特性①:MOSFETの容量とミラー効果
アナログ回路入門シリーズ第10回。MOSFETの中の小さな容量が、周波数を上げたときの利得の低下をどう引き起こすかを学びます。
Cgs・Cgd・Cdb がどこにできるかを断面図で確認し、小信号モデルに描き足します。
容量のインピーダンスから、信号源抵抗と容量がつくるローパスフィルタを考え、ボード線図(dB・カットオフ周波数・位相)の読み方を押さえます。
ソース接地増幅回路の帯域を求め、小さなCgdが入力側で(1+|Av|)倍に見えるミラー効果とミラー容量、帯域との関係を整理します。
最後に遷移周波数fTを確認し、トランジスタ単体の速さの目安と回路の帯域が別物であることを見ます。
第3回のソース接地増幅回路の知識を使い、次回の極と零点へつなぎます。
1導入:周波数を上げると利得が下がる
ずんだもん
交流の課題がピンチなのだ!周波数を上げると、実際の利得が、計算した利得より小さくなるのだ。


ずんだもん
よろしくなのだ!

2振り返り:第3回で省略した容量

ずんだもん質問
ボクの課題も、その省略が原因なのだ?


3MOSFETの容量:Cgs・Cgd・Cdb


ずんだもん質問
ゲートの面積の、3分の2だけなのだ?




4小信号モデルに容量を足す

5容量とインピーダンス・RCローパス
ずんだもん質問
容量があると、どうして利得が変わるのだ?周波数も関係あるのだ?




ずんだもん質問
そんなに小さくなったら、ゲートに電流が流れるのだ?



ずんだもん質問
高い周波数ほど弱まるのを、どうやって見るのだ?




ずんだもん質問
どうして普通の目盛りじゃないのだ?






ずんだもん質問
どうして3dBで区切るのだ?


ずんだもん質問
波が遅れるって、どういうことなのだ?


ずんだもん
抵抗か容量が大きいほど、カットオフ周波数は低くなるのだ!

6ソース接地回路の帯域
ずんだもん質問
部品が全部入ったら、どうやって計算するのだ?



ずんだもん質問
12dBって、12倍のことなのだ?



ずんだもん質問
帯域が広いと、何がうれしいのだ?




ずんだもん質問
CgdはCgsの5分の1もないのだ。どうしてそんなに効くのだ?

7ミラー効果

ずんだもん質問
ミラーって、第4回のカレントミラーの仲間なのだ?



ずんだもん
もう片方が逆向きに大きく動くから、差が広がるのだ!


ずんだもん質問
ミラー容量って、結局なんなのだ?本当にその容量があるのだ?




ずんだもん
見かけの容量でも、充電の手間は本物なのだ!



ずんだもん質問
出力側にも容量があるのに、そっちは効かないのだ?



ずんだもん
今回は入力の時定数がずっと大きいから、帯域をほぼ決めるのだ!



8遷移周波数fT
ずんだもん質問
トランジスタそのものは、どのくらい速く動けるのだ?





ずんだもん質問
トランジスタは速いのに、回路の帯域はずっと低いのだ?



9まとめ


ずんだもん
今回の帯域は入力側の時定数でほぼ決まって、fTはトランジスタの速さの目安なのだ!
ずんだもん:小さなCgdが大きく見えるのだ!これで課題のレポートが書けるのだ!


ずんだもん
最後まで読んでくれてありがとうなのだ!