共通ゲート

電子工学において、共通ゲート 増幅器は、3つの基本的な単段電界効果トランジスタ（FET）増幅器トポロジーの1つであり、通常は電流バッファまたは電圧増幅器として使用されます。この回路では、トランジスタのソース端子が入力、ドレインが出力として機能し、ゲートはDCバイアス電圧（つまりACグランド）（つまり「共通」）に接続されます。そのため、この名前が付けられています。類似のバイポーラ接合トランジスタ回路は、共通ベース増幅器です。

アプリケーション

この構成は、共通ソースまたはソースフォロワよりもあまり使用されません。しかし、共通ソースアンプと組み合わせてカスコード構成を作成できます。例えば、CMOS RF受信機、特にFETの周波数限界付近で動作する場合に有用です。インピーダンス整合が容易で、ノイズが低減する可能性があるため、望ましい構成です。GrayとMeyer ^[1]は、この回路の一般的な参考文献を提供しています。

低周波特性

低周波数および小信号条件下では、図 1 の回路は、MOSFET のハイブリッド π モデルが採用されている図 2 の回路で表すことができます。

増幅器の特性は以下の表 1 にまとめられています。近似式では、r _O >> R _Lおよびg _m r _O >> 1 という仮定 (通常は正確) を使用しています。

表1	意味	表現	近似表現
短絡電流利得	${A_{i}}={i_{\mathrm {out} } \over i_{\mathrm {S} }}{\Big \|}_{R_{L}=0}$	$\ 1$	$\ 1$
開放電圧利得	${A_{v}}={v_{\mathrm {out} } \over v_{\mathrm {S} }}{\Big \|}_{R_{L}=\infty }$	${\begin{matrix}((g_{m}+g_{mb})r_{\mathrm {O} }+1){\frac {R_{L}}{r_{O}+R_{L}}}\end{matrix}}$	$\ g_{m}R_{L}$
入力抵抗	$R_{\mathrm {in} }={\frac {v_{S}}{i_{S}}}$	${{R_{L}+r_{O}} \over {(g_{m}+g_{mb})r_{O}+1}}$	${\begin{matrix}{\frac {1}{g_{m}}}\end{matrix}}$
出力抵抗	$R_{\mathrm {out} }={\frac {v_{x}}{i_{x}}}$	$\ (1+(g_{m}+g_{mb})r_{O})R_{S}+r_{O}$	$(g_{m}r_{O})R_{S}$

一般に、全体的な電圧/電流ゲインは、負荷効果により、上記の開回路/短絡回路ゲインよりも大幅に小さくなる可能性があります（ソース抵抗と負荷抵抗によって異なります）。

閉回路電圧利得

入力と出力の負荷を考慮すると、共通ゲートの閉回路電圧ゲイン（つまり、負荷R _Lと抵抗R _{Sを持つソースが両方とも接続されたゲイン）は次のように表すことができます。}

{A_{\mathrm {v} }}\approx {\begin{matrix}{\frac {g_{m}R_{\mathrm {L} }}{1+g_{m}R_{S}}}\end{matrix}}

、

単純な限定形を持つ

A_{\mathrm {v} }={\begin{matrix}{\frac {R_{L}}{R_{S}}}\end{matrix}}\ \ \mathrm {or} \ \ A_{\mathrm {v} }=g_{m}R_{L}

、

g _m R _Sが 1 よりはるかに大きいか、はるかに小さいかによって異なります。

最初のケースでは、回路は電流フォロワとして動作します。これは次のように理解されます。R _S >> 1/ g _mの場合、電圧源は、ノートン電流v _Thév / R _Sと並列ノートン抵抗R _Sを持つノートン等価回路に置き換えることができます。アンプの入力抵抗が小さいため、ドライバは電流分割によって電流v _Thév / R _Sをアンプに供給します。電流ゲインは1であるため、同じ電流が出力負荷R _Lに供給され、オームの法則により出力電圧v _out = v _Thév R _L / R _Sが生成されます。これは、上記の電圧ゲインの最初の形式です。

2 番目のケースでは、R _S << 1/ g _mであり、ソースのテブナン表現が役立ち、電圧増幅器に典型的なゲインの 2 番目の形式が生成されます。

共通ゲート型増幅器の入力インピーダンスは非常に低いため、代わりにカスコード増幅器が用いられることが多い。カスコード増幅器は、電圧ドライバと共通ゲート回路の間に共通ソース型増幅器を配置することで、 R _S >> 1/g _mのドライバを用いた電圧増幅を可能にする。

参照

参考文献

^ Paul R. Gray、Paul J. Hurst、Stephen H. Lewis、Robert G. Meyer (2001). 『アナログ集積回路の解析と設計』（第4版）ニューヨーク：Wiley. pp. 186– 191. ISBN 0-471-32168-0。

外部リンク

24GHz CMOSフロントエンド

[Gray-Meyer-1] Paul R. Gray、Paul J. Hurst、Stephen H. Lewis、Robert G. Meyer (2001). 『アナログ集積回路の解析と設計』（第4版）ニューヨーク：Wiley. pp. 186– 191. ISBN 0-471-32168-0。

v t e トランジスタアンプ
	バイポーラ接合トランジスタ：	共通エミッタ共通コレクタ共通基盤
	電界効果トランジスタ：	共通のソース共通排水溝共通ゲート
	複数のトランジスタ:	ダーリントントランジスタシクライペアカスコードオナガツオドリ