소스 폴로워 (Source Follower) 실험 해설 (Chapter 7. MOS Amplifier)

이번 포스팅은 MOSFET Amplifier 토폴로지 중 하나인 소스 폴로워(소스 팔로워, Source Follower)입니다.

 

소스 폴로워는 게이트 단자에 입력을 인가하고, 소스 단자에 출력이 나오게 됩니다. (그림 1 참조)

 

그림 1. Source Follower

 

다른 증폭기들처럼 공통 게이트, 공통 소스가 아닌 "소스 폴로워" 라는 이름은 왜 붙게 되었을까요?

그림 2. Source Follower Input/Output Characteristic

 

그림 1에서 알 수 있듯이 (드레인 전압이 충분히 주어졌다 가정하고)

게이트 전압이 문턱전압을 지나가면 Vout을 따라가기(Follow) 때문입니다.

 

Small Signal Equivalent Circuit(소신호 등가회로)에서는 어떻게 될까요?

 

그림 3. 소신호 등가회로

식 1. 소스 폴로워 전압이득

 

그림 3에서 주어지는 소신호 등가회로에서 KCL 을 적용하여 식 1을 구할 수 있습니다.

(실험 해설이라 과정은 생략하겠습니다만 7월 ~ 9월에 교재 챕터별 내용과 심화 내용을 포함해서 올리겠습니다)

 

식 1에서 알 수 있는 것은 무엇일까요?

 

전압이득이 채널길이 변조로 인해 1보다 낮게 나옴을 알 수 있습니다.

 

그럼 전압 이득이 1보다 낮은데 왜 쓰는 걸까요?? 그럼 좋지 않은 것 아닌가요? 라고 의문을 가지실 수 있는데

 

답은 "아닙니다"

 

(TMI)

그 이유는 (저주파 회로에서) 높은 임피던스와 적당한 출력 임피던스를 제공할수 있습니다.

RF 회로에서 Source Follower는 적당한 출력 임피던스를 50 옴으로 맞춰 버퍼를 설계하거나 Low Noise Amplifier(저잡음 증폭기, LNA)에서 Resistive Feedack Noise Cancellation LNA의 용도 외에도 다양하게 사용이 됩니다.

 

--> 다시 실험으로 돌아와서

 

그럼 우리는 대신호 동작을 알아봐야겠죠?

 

표 1. 대신호 동작

 

입력 전압을 바꾸어 가면서 Vout을 측정하면 그림 2와 비슷한 양상으로 입력전압이 출력 전압을 Follow 하는 결과가 나올겁니다.

 

대신호 실험에서 소스 폴로워의 동작영역(off, 포화, 트라이오드 순)을 잘 확인해 보시고, 드레인 전류(Id)는 Chapter 6. MOSFET에서 배운대로 응용하시면 됩니다. 다만 Vgs의 전압차이 즉, 게이트와 소스의 전압 차이를 꼼꼼히 확인 하셔서 계산기를 통해 계산하시면 됩니다.

 

소신호 해석은 훨씬 별거 없습니다.

어떤 입력 신호의 크기가 들어오던 전압이득은 1보다 작게 나올테니까요

 

 

소스 폴로워 실험에서의 결론은 아래와 같습니다.

 

소스 폴로워 토폴로지에서 입력이 주어지면 출력도 따라감을 확인 할 수 있으며, 이에 대해 대신호와 소신호에 대한 이론적인 수식이 실험과 가까운 결과를 나타내었는지 알려주셔야 됩니다.

 

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참조 문헌

B. Razavi, Microelectronics, 2nd ed, Jhon Willy & Sons, 2015
B. Razavi, Design of Analog CMOS Intergrated Circuits, 2nd ed, Jhon Willy & Sons, 2017

실험 보고서 쓰는 법은 아래의 Part 들로 구성 되어있습니다.

 

Part 1. 서론 : 출처: https://doctorinformationgs.tistory.com/2?category=930785 [정보를 공유하는 이박사]

 

Part 2. 본론 :출처: https://doctorinformationgs.tistory.com/5 [정보를 공유하는 이박사]

 

Part 3. 실험 : 출처: https://doctorinformationgs.tistory.com/6 [정보를 공유하는 이박사]

 

Part 4. 결론 : 출처: https://doctorinformationgs.tistory.com/9 [정보를 공유하는 이박사]