다음 MOSFET 공통소스 증폭기 회로에서 이 포화 영역에서 동작할 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 의 전달컨덕턴스 , 소신호 출력저항 , 드레인 저항 이다)
2018년 국가직 9급 전자공학개론 19번
2018년도 시행 • 19번 문항
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정답: 3번
■ 1단계: 포화 영역 동작 조건 및 출력 저항 분석 (보기 ①, ② 검증)
• 포화 영역 동작 조건: n채널 MOSFET이 포화 영역에서 동작하려면 드레인-소스 전압이 오버드라이브 전압($V_{OV} = V_{GS} - V_{th}$) 이상이어야 합니다 ($V_{DS} \ge V_{OV}$). (①번 옳지 않음)
• 증폭기 소신호 출력 저항($R_{out}$):
$$R_{out} = r_o \parallel R_D = 10\text{ k}\Omega \parallel 10\text{ k}\Omega = 5\text{ k}\Omega$$
따라서 출력저항은 $5\text{ k}\Omega$입니다. (②번 옳지 않음)
■ 2단계: 얼리 전압($V_A$)과 드레인 전류($I_D$)의 관계 검증 (보기 ③ 검증)
• 소신호 출력 저항 공식:
$$r_o = \frac{V_A}{I_D} \implies I_D = \frac{V_A}{r_o}$$
• 주어진 값($V_A = 20\text{ V}$, $r_o = 10\text{ k}\Omega$) 대입:
$$I_D = \frac{20\text{ V}}{10\text{ k}\Omega} = 2\text{ mA}$$
• 따라서 옳은 설명입니다. (③번 옳은 설명)
■ 3단계: 소신호 전압 이득 및 데시벨(dB) 환산 (보기 ④ 검증)
• 공통 소스(CS) 증폭기의 전압 이득 크기:
$$|A_v| = g_m (r_o \parallel R_D) = (200\text{ mS}) \times (5\text{ k}\Omega) = 0.2\text{ S} \times 5,000\text{ }\Omega = 1,000$$
• 데시벨(dB) 환산:
$$|A_v|_{\text{dB}} = 20 \log_{10}(1,000) = 20 \times 3 = 60\text{ dB}$$
• 따라서 전압이득은 $60\text{ dB}$입니다. (④번 옳지 않음)
■ 최종 결과:
• 옳은 설명은 ③번
• 포화 영역 동작 조건: n채널 MOSFET이 포화 영역에서 동작하려면 드레인-소스 전압이 오버드라이브 전압($V_{OV} = V_{GS} - V_{th}$) 이상이어야 합니다 ($V_{DS} \ge V_{OV}$). (①번 옳지 않음)
• 증폭기 소신호 출력 저항($R_{out}$):
$$R_{out} = r_o \parallel R_D = 10\text{ k}\Omega \parallel 10\text{ k}\Omega = 5\text{ k}\Omega$$
따라서 출력저항은 $5\text{ k}\Omega$입니다. (②번 옳지 않음)
■ 2단계: 얼리 전압($V_A$)과 드레인 전류($I_D$)의 관계 검증 (보기 ③ 검증)
• 소신호 출력 저항 공식:
$$r_o = \frac{V_A}{I_D} \implies I_D = \frac{V_A}{r_o}$$
• 주어진 값($V_A = 20\text{ V}$, $r_o = 10\text{ k}\Omega$) 대입:
$$I_D = \frac{20\text{ V}}{10\text{ k}\Omega} = 2\text{ mA}$$
• 따라서 옳은 설명입니다. (③번 옳은 설명)
■ 3단계: 소신호 전압 이득 및 데시벨(dB) 환산 (보기 ④ 검증)
• 공통 소스(CS) 증폭기의 전압 이득 크기:
$$|A_v| = g_m (r_o \parallel R_D) = (200\text{ mS}) \times (5\text{ k}\Omega) = 0.2\text{ S} \times 5,000\text{ }\Omega = 1,000$$
• 데시벨(dB) 환산:
$$|A_v|_{\text{dB}} = 20 \log_{10}(1,000) = 20 \times 3 = 60\text{ dB}$$
• 따라서 전압이득은 $60\text{ dB}$입니다. (④번 옳지 않음)
■ 최종 결과:
• 옳은 설명은 ③번