회로공부하는 디자이너

Common-Source(CS) Stage : Diode-Connected Load Maximizing Gain 앞 장에서 배운 Diode-Connected Load를 사용한 Common-Source amplifier의 Gain을 키워보자. Diode-Connected Load가 사용된 Common-Source amplifier의 Gain은 다음과 같이 표현할 수 있었다. 위의 식에서 gm을 표현하는 식을 대입하여 적어보면 다음과 같이 나타낼 수 있다. 즉, Diode-Connected Load를 사용한 Common-Source amplifier의 Gain을 키우려면 두 가지 방법이 있다. 먼저, VGS1-VTH를 줄이는 것이다. 고정된 전류 ID를 사용하여 VGS1-VTH를 줄이려면 M1의 W/L이 커..

Common-Source(CS) Stage : Load resistor 앞 장에서 Common-Source Amplifier의 Large/small signal 분석을 진행했다. 그 결과 Input Voltage와 Output Voltage의 Voltage gain을 구했다. 위 회로의 Gain은 다음과 같은 식으로 표현할 수 있었다. Common-Source Stage의 Voltage gain을 키워보자. 위의 식을 사용해 Gain을 키우려면 우리는 gm을 키우거나 RD를 키워야 한다. 먼저 gm을 키우기 위해 gm에 대한 식을 살펴보자. 위의 식을 사용해 gm을 키우려면 ID는 고정인 상태에서 VGS-VTH의 값을 줄여야 한다. ID는 고정인 상태에서 VGS-VTH의 값을 줄이려면 W/L값을 키워야 ..

Common-Source(CS) Stage 이 장에서는 MOSFET을 사용한 Amplifier에 대해 알아보고자 한다. 오늘은 그중 대표적인 Common-Source Amplifier에 대해 알아보자. Common-Source Amplifier는 줄여서 CS Amp라고 부르기도 한다. Common-Source Stage는 다음과 같이 생겼다. 이 회로의 Gain을 분석하기 전에 먼저 이 회로의 대신호(Large-signal)를 파악해보자. 대신호를 먼저 파악해야 이 회로의 Vout 범위와 우리가 소신호(Samll-signal)로 분석해야 할 부분은 어디인지 파악이 가능하다. Common-Source Stage : Large-Signal Analysis Common-Source Stage의 대신호 분석을 ..

Small-Signal Model 이번에는 앞에서 배운 MOSFET들의 특성들을 활용해 만들어지는 MOSFET의 Small-Signal Model에 대해 알아보자. Small-Signal Model은 앞으로 MOSFET으로 구성되는 Amplifier를 분석할 때 자주 사용할 Model로 변화량에 대한 관계를 알고 싶을 때 사용하는 회로라고 생각하면 된다. 비선형적인 동작을 선형 화하여 분석하려다 보니 작게 분석해야 해서 Small-Signal이라는 단어가 붙었다고 한다. Small-Signal Model : Ideal Operation 먼저 MOSFET의 기본적인 Small-Signal Model에 대해 알아보자. 여기서 얘기하는 MOSFET의 기본적인 동작은 Ideal MOSFET의 Saturation..

MOSFET에서는 MOSFET의 구조로 인해 Parasitic Capacitor가 존재한다. 기본적인 MOSFET 구조를 보며 확인해보자. Capacitance in MOSFET 아래 그림은 기본적인 MOSFET 구조에서 확인할 수 있는 parasitic capacitor를 표현한 그림이다. 그림에서 C1은 Gate와 Channel 사이의 capacitor이다. Gate로 형성되는 Capacitor 이므로 Gate의 W에 비례하는 capacitance를 가진다. 또한 Chaanel로도 형성이 되므로 Length에도 비례한다. Gate와 Channel 사이에 Cox가 존재하므로 이 parasitic capactior는 Cox에도 비례하는 capacitance값을 가지게 된다. 다음은 그림에서 표현된 C2의..

지금까지 우리는 MOSFET의 동작 과정과 문턱전압 그리고 게이트 전압에 따라 MOSFET에 흐르는 전류에 대해 알아보았다. 그러나 아쉽게도 MOSFET은 앞에서 본 것처럼 동작하지 않는다. MOSFET이 동작하는 데 있어 우리가 원했던 동작이 아닌 다른 현상들이 나타나기 때문이다. 오늘은 그 현상들에 대해 알아볼 것이다. Body Effect 이 현상은 Source-Body전압이 달라지면서 나오는 현상이다. 앞장에서 우리는 threshold voltage는 소자 특성으로 정해진다고 배웠다. 그러나 실제 동작에서는 threshold voltage가 source-body 전압에 따라 다르게 적용된다. 이 현상을 이해하기 위해 그림으로 표현하면 아래와 같다. 그림에서 오른쪽에 있는 MOSFET의 Body 전..

Transconductance(gm) Transconductance는 gm으로 표시한다. 전압의 변화량에 대한 전류의 변화량을 의미한다. MOSFET에서는 Gate 전압으로 전류가 변하기 때문에 MOSFET에서의 transconductance는 다음과 같이 표현한다. 앞에서 Saturation 영역에서 MOSFET은 ideal current source로 동작할 수 있다고 얘기했다. 이 얘기를 참고해 Saturation 영역에서 transconductance 식을 살펴보면 gm이 Gate 전압에 따라 바뀐다는 것을 알 수 있다. 이는 ideal current source가 VGS의 값에 따라 흐르는 전류의 양이 바뀐다는 것을 의미한다. 그렇다면 이것은 MOSFET이 ideal current source에..

앞 장에서 우리는 Triode Region과 Saturation Region에서 MOSFET에 흐르는 전류에 대해 알아보았다. 이번에는 두 영역을 합쳐서 MOSFET에 흐르는 전류를 알아보자. MOSFET의 전류 앞 장에서 알아본 전류의 식은 다음과 같다. 위의 식은 triode 영역에서의 MOSFET 전류, 아래의 식은 saturation 영역에서의 MOSFET 전류이다. 이제 이 두 식을 사용해 VDS vs. ID의 그래프를 그리면 아래와 같이 표현된다. Saturation Region에서 Drain Current는 VDS에 대한 함수가 아니므로 VDS가 아무리 커져도 일정한 전류가 흐르게 된다. 나중에 설명하겠지만 이는 Ideal 한 상황이고 실제로는 VDS가 증가함에 따라 Drain Current..

앞 장에서 우리는 Triode Region에서 MOSFET에 흐르는 전류에 대해 알아보았다. 이번에는 Triode Region이 아닌 즉, VDS>VGS-VTH일 때 MOSFET에 흐르는 전류에 대해 알아보자. MOSFET의 전류 이번에는 VDS>VGS-VTH일 때 MOSFET에 흐르는 전류에 대해 알아보자. 앞 장에서 전류의 식을 구하기 위해 적분했던 내용을 기억하자. VDS의 값이 VGS-VTH가 되면 앞 장에서 봤던 Channel 형성과 다른 형태로 Channel이 형성된다. 바로 아래 그림처럼 Channel이 형성된다. 위의 그림을 보면 VDS>VGS-VTH일 때 Channel의 끝이 Drain에서 멀어짐을 확인할 수 있다. Drain 근처에서 Channel이 형성되지 않는 상태를 pinch-of..

앞 장에서 우리는 MOSFET의 구조와 MOSFET의 동작 원리에 대해서 살펴보았다. 이 동작 원리를 사용해 우리가 회로에서 MOSFET을 사용할 때 어떻게 전류와 전압을 정의할 수 있을지 확인해보자. MOSFET의 전류 MOSFET의 동작 원리는 앞 장에서 살펴보았다. 이 동작원리를 사용해 채널로 흐르는 전류의 양을 정의해보자. 채널로 흐르는 전류의 양을 계산하기 위해 우리는 다음과 같은 원리를 사용할 것이다. Wire에 전류 I가 흐른다는 것은 단위 면적당 Charge(Charge density)가 속력 V를 가지고 움직이는 것과 동일하게 볼 수 있다. 이를 식으로 표현하면 다음과 같이 표현할 수 있다. 위의 식을 활용해 MOSFET에서 흐르는 전류의 양을 계산해보자. Channel이 형성될 수 있는..