FETとカスコード回路について

質問

まずはじめに、ＦＥＴは電圧をさせる素子であり、電流は一定のはずなのになぜ(1+Ａv）倍となってミラー効果が起こるのですか？

次にＦＥＴを用いたカスコード回路でソース接地とゲート接地を合わせてカスコード回路を作ります。その時カスコード回路によってミラー効果を防げることは知っていますが、なぜ、(1+Av）倍のAv＝０になるのか分かりません。

分かる方、すみませんが丁寧に教えていただけませんか？

回答No.2

tance

tkajteさんの回答は的を射たすばらしいものです。でも、それ以前の
何かを勘違いされているようですね。「ドレイン電流が一定」という
ことと、「ゲート電流が流れない」ということと、ミラー効果の３つを
どのように結びつけておられるのでしょうか。

信号が増幅されるということは、それ自体でドレイン電流が信号分だけ
変化することを意味しますので、決して一定ではありません。

ゲート電流が流れなくても帰還容量を通して流れてきた電流は信号源に
流れます。そのときに信号源インピーダンスとの関係でゲート「電圧」
が影響を受けるので負帰還が成立します。負帰還が成立する以上、ミラー
効果は避けられません。あくまで、ゲート電圧に対してドレイン電流が
制御されることでミラー効果が生じているのです。

これも回答としては的はずれでしょうか。

補足

tanceさん

少し勘違いしていたみたいです。
的確なアドバイスで解決しました。

ありがとうございます☆

回答No.1

tkajte

質問の文章からすると、ソース接地増幅器の場合を考えているようですね。

＞電流は一定のはずなのになぜ(1+Ａv）倍となってミラー効果が起こるのですか？

どこの電流のことをおっしゃっているのかは分かりませんが、
結論から言うと、(1+Ａv）倍 というのは、ソース接地増幅器の
FETのゲート-ドレイン間の容量が(1+Ａv）倍 に見えるということです。

実際に回路図を見ながら考えると理解しやすいと思います。
ソース接地増幅器の利得を -Av とすると、出力信号電圧Voutは
入力信号電圧Vinの -Av倍 されますよね。
式で表現すると、Vout = -Av×Vin となります。
ここで、ゲート-ドレイン間の電圧差に注目して計算してみると
入力のゲートにはVin、出力のドレインには-Av×Vinの電圧があるので
Vin - (-Av×Vin) = (1+Ａv）Vin となります。
ここがポイントです。要は、ゲート-ドレイン間の容量そのものが
大きくなっているのではなく、容量間の電圧差が大きくなっているので
"Vinを基準に考える" と容量が(1+Ａv）倍されたかのように見えるわけです。

＞なぜ、(1+Av）倍のAv＝０になるのか分かりません。
カスコード接続の場合についても疑問を持っているようですが、カスコード接続してもAv=0にはなるわけではありません。
結論から先にいうと、カスコード接続の場合のミラー効果は約2です。
これは、ソース接地増幅器のトランジスタとカスコード接続のソース端子で見た電圧利得が約1だからです。つまり1+1でミラー効果としては2です。もともとの(1+Av）倍にくらべたら2という値は小さいということです。

（補足）カスコード接続でのミラー効果を考えるときのコツ
(1)カスコード接続なので、２つのFETのうち、一番下はソース接地増幅器であり、もう一方をゲート接地増幅器と考える。
(2)ソース接地増幅器のgmとゲート接地増幅器の入力インピーダンスを掛けたものがソース接地増幅器のドレイン端子における利得となる（この値はほぼ１です）
(3)ただし、ソース接地増幅器のドレイン電流の変化はそのままゲート接地増幅器の変化として伝わるので、ゲート接地増幅器のFETのドレインでみた電圧利得Avはgm×Rとなる（Rは出力負荷抵抗）

補足

tkajteさん

ドレイン・ソースの電流は一定で、ゲートには電流が流れないのに、ゲート・ドレイン間でなぜ(1+Av)倍になるか聞きたかったんですよ～