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解決済みの質問

MOS-FET 周波数による増幅特性についての質問です。

入力、出力電圧を一定にした状態で周波数を100~1000kHzまで上げていき、400kHzにした所から増幅が小さくなっていきました。
調べていくとにゲートドレイン間の空乏層がコンデンサの働きをして、低周波数では抵抗の働きを高周波数ではコンデンサのように電流を流したという考えに到りました。
ここで疑問に思ったのが
「なぜ空乏層はコンデンサのようになるのか」
「なぜ抵抗のように働くと出力/入力が(増幅)が安定するのか」
「なぜ電流が流れるこで出力が低下するのか」です。
この疑問の回答お願いします。

投稿日時 - 2008-11-24 00:32:42

QNo.4502171

すぐに回答ほしいです

質問者が選んだベストアンサー

アンプの周波数特性が高域で落ちる原因はたくさんありますので、
ゲート~ドレイン空乏層が原因と断定することはできません。

ただ、ミラー効果により顕著に高周波特性が悪くなるので、たいていの
場合ゲート~ドレイン空乏層を静電容量とするミラー効果に着目する
ことは理に適っていると思います。

本当の理由を見つけるには、定量的に検討するなど、他の条件を含めて
「証拠」を集めなくてはなりません。

あと、ちょっと気になったのが質問冒頭の
>入力、出力電圧を一定にした状態で
という部分です。これは直流バイアスを変えないで、という意味で
しょうか。

>「ゲートドレイン間の空乏層~」の考えも合っているのかお願い
します。

これについてはゲート~ドレイン空乏層が容量として高域低下を
招く、という定性的な考えとしては合っています。ただ、低周波では
空乏層が抵抗のように動作するという部分は違います。空乏層は
抵抗にはなりません。

投稿日時 - 2008-11-25 11:40:59

ANo.2

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回答(2)

ANo.1

空乏層はその名のとおり電子や正孔のない絶縁層を挟んで両側に導電
部分がある、というコンデンサと同じ構造をしています。

低周波ではゲート~ドレインが抵抗のように働く、というのは少々
違います。周波数特性がフラットになるという意味では抵抗でも同様の
特性にはなりますが、あくまでゲート~ドレインにコンデンサがついて
いる、と考えてください。コンデンサのリアクタンスは低周波では
大きくなり、高周波では小さくなるだけのことです。

つまり、ゲート~ドレインに、高周波ほどインピーダンスが低い
コンデンサがついた、ということになります。これは、高周波ほど
負帰還が多くかかることを意味します。

これにより高周波でゲインが下がる現象が起きます。帰還増幅器の
ゲインの式では分子に帰還素子のインピーダンスがくるからです。

わずかな帰還容量でも増幅器のゲインが大きいと入力から見て、大きな
容量に見えます。この現象は有名なミラー効果と呼ばれています。
ミラー効果で検索してみてください。

低周波では:帰還容量のインピーダンスが大きくて、増幅器の裸の
ゲインで動作します。
高周波では:帰還容量のインピーダンスが小さくなってきて、増幅器の
もとのゲインが抑えられ、帰還増幅器として動作するようになります。
これによりゲインは帰還インピーダンスに比例します。これが400kHz
から高周波側でゲインが下がった原因と考えられます。

投稿日時 - 2008-11-24 14:06:38

補足

回答ありがとうございます。
図を描いて質問した方が良かったと今反省しています。

今分かったところで
・コンデンサのリアクタンス(擬似的な抵抗)は低周波で大きくなり、高周波で小さくなる。
・高周波ほど負帰還電圧が多くなり増幅率が小さくなる。
・低周波では負帰還電圧が少なくなり増幅率がFETのもののままでいる。
というところです。ミラー効果について調べてみたのですが、
http://www-nh.scphys.kyoto-u.ac.jp/~enyo/kougi/elec/node40.html
を読んでもいまいち分かりません。

図描きます。
         0.1μF     |―D――――――・――――・
      ・――∥――・―G|―S¬        |       |
      |       | | Rl Vout出力
  Vin ~      Rg Rs Vdd電源 |
      | | |        | |
     ・―――――・―――――・―――――・――――・

最初の
「ゲートドレイン間の空乏層~」の考えも合っているのかお願いします。

投稿日時 - 2008-11-24 16:15:15

お礼

    0.1μF          |―D――――――・――――・
      ・――∥――・―G|―S¬        |       |
      |        |        |       Rl    Vout出力
  Vin ~        Rg      Rs      Vdd電源    |
      |         |        |        |       |
      ・―――――・―――――・―――――・――――・

投稿日時 - 2008-11-24 16:18:22

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