Source Follower 2

 

 

1. Overview

 

2. 회로의 소신호이득 구하기

    1) I-V 특성으로부터

    2) SSM (Small Signal Model)로부터

    3) analysis

 

3. 소신호 출력저항 

    SSM으로부터

 

4.  Body 효과의 영향 & Body 효과를 포함한 SSM

 

5. SF의 단점(한계)

    1) Non Linearity

    2) Headroom Limit

    3) Rload가 작을 때 (Common Source Stage와 비교)

    4) 잡음 증가

 

 

3. 회로의 소신호 출력저항

1) 입출력 특성으로부터 (Vin - Vout Characteristic)

소스팔로워 회로의 small signal 이 바라보는 output impedance를 구하기 위해, 

input을 ac ground 로 접지시키고, 출력단에서 테스트 전압을 달아본다. 

그리고 small signal equivalent circuit model(소신호 등가 회로 모델)을 그려보면 그림 3.39(b)와 같다. 

 

 

위 small signal 등가회로에서 키르히 호프 법칙과 옴의 법칙을 사용하여 전류 전압 관계식을 풀면! 

<키르히 호프 법칙>

Ix = -gm V1 - gmb Vbs        cf) Vbs = - Vs = - Vx,  -V1 = Vx

Ix = (gm + gmb) Vx

<옴의 법칙>

Rout = Vx / Ix =  1 / (gm + gmb)

이는 기존의 MOS를 소스에서 바라본 저항인 1/gm보다 작아진 값으로,

흥미롭게도 Body Effect는 Source Follower의 출력저항을 감소시킨다. 

버퍼로 동작하기에는 좋은 조건이다. 왜냐하면 전압을 보다 잘 전달할 수 있기 때문이다.

 

 

 

4.  Body 효과의 영향 & Body 효과를 포함한 SSM

아래는 Body Effect가 소스팔로워의 출력 임피던스를 감소시킨다는 것 두 가지 방법으로 설명해 보인다.

1) 드레인 전류가 증가하도록 출력단 전압을 △V 만큼 감소시켜본다. 

소스에서의 전압이 감소하면 =>

i) VGS증가

ii) Vth 감소

(왜? 소스 전압이 낮아지면 depletion region 감소. fully depletion시키기 위해 필요한 전압 감소)

 

따라서 전류가 VGS항 뿐만 아니라 body effect에의한 Vth항까지 더해 더 크게 증가한다.

 

여기서 V=IR 를 생각해보면,,,

같은(고정된) 전압 변화 대비, 전류 변화가 크다면, Rout이 작다는 것을 의미한다. 

즉, body effect는 고정된 출력 전압 변화대비 출력 전류를 더 크게 증가시키므로 Rout이 더 작다는 것을 의미한다. 

 

2) 소신호 등가회로를 사용해서도 body effect가 SF의 출력저항을 감소시킨다는 것을 증명할 수 있다.

body-effect를 포함하는 소스팔로워의 SSM(Small Signal Model)

전류원 gmb Vx의 크기는 양단 전압에 선형적으로 비례하므로,

body-effect를 표현하는 전류원은 R = 1/gmb인 저항으로 모델링 할 수 있다.  (이는 소스팔로워를 출력에서 바라보았을 때만 적용되는 특수한 경우임을 유의한다. )

등가 저항  1/gmb는 출력에 병렬로 연결된 저항이다. ==> 전체 출력저항을 낮춘다. 

 

이어서 1/gmb가 없다면 출력저항은 1/gm이므로, 결국 다음과 같이 결론 지을 수 있다. 

 

병렬로 연결된 전류원을 직렬로 연결된 전압원으로 테브난 등가변환

위 그림에서는 테브난 등가회로에 의한 intrinsic 소스팔로워를 표현하였다.

Rs가 무한대여도 전압이득은 Av < 1 이며, 이는 body effect 때문이었다.