電界効果を伴うトランジスタスイッチング回路

さまざまな電子デバイスのバイポーラ トランジスタがエミッタ接地、コレクタ接地、またはベース接地のスイッチングで動作するのと同じように、 電界効果トランジスタ 多くの場合、共通ソース、共通ドレイン、または共通ゲートを含めるために同様に使用できます。

違いは制御方法にあり、バイポーラトランジスタはベース電流によって制御され、FETはゲート電荷によって制御されます。

制御消費電力の点では、一般に FET 制御の方がバイポーラトランジスタ制御よりも経済的です。これは、電界効果トランジスタの現在の人気を説明する要因の 1 つです。ただし、FET の典型的なスイッチング回路を一般的に考えてみましょう。

一般的なソース切り替え

ソース接地 FET をオンにする回路は、バイポーラ トランジスタのエミッタ接地回路に似ています。このような組み込みは、ドレイン回路の電圧位相が反転している間に電力と電流を大幅に増加させることができるため、非常に一般的です。

直接接合-ソース間の入力抵抗は数百メガオームに達しますが、ゲートとソースの間に抵抗を追加してゲートを共通ワイヤにガルバニックに引っ張ることで低減できます(FETをピックアップから保護します)。

この抵抗 Rz の値 (通常 1 ～ 3 MΩ) は、逆バイアス制御ノード電流による過電圧を防止しながら、ゲート ソース間抵抗に大きなバイアスをかけないように選択されます。

ソース接地回路における FET の大きな入力抵抗は、ドレイン回路の抵抗 Rc が通常数 kΩ を超えないため、電圧、電流、および電力増幅回路で使用する場合、FET の重要な利点となります。

共通ソースでオンにする

コモンドレイン (ソースフォロワ) FET のスイッチング回路は、バイポーラ トランジスタ (エミッタフォロワ) のコモンコレクタ回路に似ています。このようなスイッチングは、出力電圧が入力電圧と同相である必要があるマッチング段で使用されます。

前述のように、ゲート-ソース接合の入力抵抗は数百メガオームに達しますが、出力抵抗 Ri は比較的小さいです。このスイッチングは、単純な電源回路よりも高い周波数範囲を持っています。この回路のソース-ドレイン電圧およびゲート-ソース電圧の大きさは通常近いため、電圧利得は1に近くなります。

一般的なシャッター切り替え

共通ゲート回路は、バイポーラ トランジスタの共通ベース段に似ています。ここでは電流利得がないため、電力利得はコモンソースカスケードよりも何倍も小さくなります。昇圧電圧は制御電圧と同位相です。

出力電流は入力電流と等しいため、電流利得は 1 に等しく、電圧利得は通常 1 より大きくなります。

このスイッチングには、制御入力電圧の増加に伴ってソース電位が増加し、それに応じてドレイン電流が減少し、ソース回路の抵抗 Ri にかかる電圧が減少するため、並列負電流フィードバックという特徴があります。

したがって、一方では、ソース抵抗にかかる電圧は入力信号の増加により増加しますが、ドレイン電流が減少すると減少します。これは負のフィードバックです。

この現象により、高周波領域の段の帯域幅が広がります。そのため、共通ゲート回路は高周波電圧増幅器で人気があり、特に安定性の高い共振回路で求められています。