[전자공학 전자회로 2] MOSFET 증폭기 종류 : 공통 소스 증폭기, 공통 게이트 증폭기, 소스 팔로워
안녕하세요, 여러분! 오늘은 MOSFET 증폭기라는 흥미로운 전자 장치에 대해 이야기해보려고 해요. MOSFET 증폭기는 작은 전기 신호를 더 크게 만들어주는 역할을 합니다. 예를 들어, 스마트폰에서 음악을 들을 때 작은 소리를 스피커로 크게 들리게 하거나, 라디오 신호를 키워주는 데 쓰이죠. 이름은 좀 복잡해 보이지만, 사실 개념은 간단해요. 함께 차근차근 알아볼까요?
MOSFET 증폭기란 무엇일까요?
MOSFET 증폭기는 MOSFET라는 반도체 소자를 사용해 작은 전기 신호를 더 큰 신호로 바꿔주는 장치예요. 비유하자면, 작은 목소리를 마이크로 크게 전달해주는 스피커 같은 존재라고 할 수 있어요. 주로 전압을 키우는 데 사용되며, 회로를 어떻게 구성하느냐에 따라 여러 가지 형태로 활용할 수 있습니다.
MOSFET 증폭기의 기본 원리: 어떻게 작동할까?
MOSFET 증폭기가 신호를 키우려면 몇 가지 중요한 원리를 이해해야 해요. 쉽게 풀어서 설명해볼게요:
- 바이어스(Bias)
증폭기가 제대로 작동하려면 MOSFET에 적당한 전압을 미리 걸어줘야 해요. 이걸 바이어스라고 부르는데, 마치 기계를 예열하듯이 MOSFET를 준비시키는 과정이에요. 예를 들어, 게이트라는 부분에 특정 전압을 주면 증폭할 준비가 완료됩니다. 위 사진에서 보이는 Q점이 바이어스 포인트, 또는 Q point 라고 합니다.
- 소신호 모델(Small-Signal Model)
증폭기는 아주 작은 신호를 다루기 때문에, 복잡한 동작을 단순하게 표현한 모델을 사용해요. 이 모델에서는 MOSFET를 작은 전압 변화로 큰 전류 변화를 만들어내는 장치로 생각합니다. 즉, 손잡이를 살짝 돌리면 물이 많이 나오는 수도꼭지 같은 느낌이에요. AC 신호로 이뤄져있는 소신호를 Bias에 입력시키면, 출력으로 증폭된 신호가 나오는 원리입니다. - 전압 이득(Voltage Gain)
증폭기의 성능을 나타내는 값이에요. 이건 입력 신호가 출력 신호로 얼마나 커지는지를 보여줍니다. 예를 들어, 전압 이득이 10이면 입력 신호의 10배 큰 신호가 나온다는 뜻이에요.
MOSFET 증폭기의 종류: 어떤 것들이 있을까?
MOSFET 증폭기는 연결 방식에 따라 여러 종류가 있어요. 대표적인 세 가지를 소개할게요:
- 공통 소스(CS) 증폭기
- 특징: 전압 이득이 크고, 출력 신호가 입력 신호와 반대 방향(위상이 반전)으로 나와요.
- 사용 예: 오디오 증폭기나 라디오 수신기에서 신호를 크게 만들 때 좋아요.
- 공통 게이트(CG) 증폭기
- 특징: 전압 이득은 있지만 입력 저항이 낮아서 특정 상황에 유용해요.
- 사용 예: 고주파 회로에서 신호를 증폭할 때 자주 사용됩니다.
- 공통 드레인(CD) 증폭기 (소스 팔로워)
- 특징: 전압 이득은 거의 1에 가까워서 신호 크기는 그대로지만, 다음 회로로 신호를 잘 전달해줘요.
- 사용 예: 신호를 약화시키지 않고 전달하는 버퍼로 쓰입니다.
MOSFET 증폭기의 동작: 신호를 어떻게 키울까?
공통 소스(CS) 증폭기를 예로 들어 동작 과정을 간단히 살펴볼게요:
- 입력 신호: 게이트에 작은 전압 변화가 들어옵니다. 여기에선 v_sig겠네요.
- MOSFET의 반응: 이 작은 변화가 MOSFET 내부에서 전류를 크게 변화시켜요. V_th이상이 되었을 때 전류가 흐릅니다.
- 출력 신호: 이 전류가 저항을 거쳐 더 큰 전압으로 바뀌어 출력됩니다. 위 사진에선 출력저항인 R_D에 전압이 걸려 증폭된 전압을 확인할 수 있습니다.
이 과정에서 전압 이득은 MOSFET의 능력(g_m)과 저항(R_D)의 곱으로 계산돼요. 쉽게 말해, MOSFET가 신호를 잘 키울수록, 그리고 저항이 클수록 더 큰 출력이 나온다는 거예요!
마무리하며
MOSFET 증폭기는 전자회로에서 신호를 키워주는 핵심 장치예요. 오늘은 기본 원리와 주요 종류, 그리고 동작 방식을 간단히 알아봤습니다. 이 작은 장치가 어떻게 큰 역할을 하는지 알게 되면, 전자회로가 훨씬 더 흥미롭게 느껴질 거예요!
다음에는 MOSFET 증폭기를 실제로 설계하거나 활용하는 방법에 대해 더 깊이 다뤄볼게요. 궁금한 점이 있다면 언제든 댓글로 물어보세요. 읽어주셔서 감사합니다!