トランジスタを使った基本の増幅回路には
・エミッタ接地
・ベース接地
・コレクタ接地
の３パターンがあります。
同様にFETを使った基本の増幅回路には
・ソース接地
・ゲート接地
・ドレイン接地
の３パターンがあります。
FETで通常よく目にするのはソース接地ですね。
続いて高周波ではゲート接地増幅回路も良く目にします。
しかし、ドレイン接地増幅回路って目にしませんよね。
今回はこのドレイン接地増幅回路の話です。
よく利用されるソース接地とドレイン接地を比較した場合、ソース接地には次の利点(違い)が考えられます。
・ソース接地の方が出力インピーダンスが高い。
・ソース接地の方が電圧増幅率が大きい。
・ソース接地の出力は反転位相、ドレイン接地の出力は同相。
逆にソース接地には次の利点(違い)が考えられます。
・高周波特性はドレイン接地の方が良好。
こう見ると、高周波特性の良いFETを選定しさえすればソース接地回路の圧勝です。
実は他にも利点があるのでご紹介します。
市販されているほとんどのパワーMOS-FETの放熱フィンはドレインとつながっています。
FETをスイッチング動作させる場合には低ON抵抗なパワーMOS-FETの場合、動作電流が多くても発熱は少な目なのでさほど気になりませんがアナログ的な増幅回路を作った場合、出力電力に近い電力量の発熱を処理しなくてはなりませんから放熱対応が重要になります。
放熱用のフィンを接地させた放熱板に取り付けたい場合は、直接接地させられませんから絶縁シートを挟んで絶縁させなければなりませんね。
取付が面倒なのと絶縁シートにより熱伝導率が下がります。
つまり、放熱効率は大きく上げられません。
大きな電力を得たい場合、可能ならドレインを直接設置させたい。
こういった場合、ドレイン接地回路を選ぶのはどうでしょうか。
供給電源の±極性を考慮し、P-ChanタイプのパワーMOS-FETを使えばドレインをグラウンドに直接接地させたアナログ増幅回路が作れます。
という事でLTspiceアナログシミュレーターを使って、7MHzの高周波増幅回路をシミュレートしてみました。
結果がこれです。
約0.2Wの信号を入れて約5Wの増幅が出来ます。
アンプとしての増幅ゲインは約28dBとなかなか優秀。
そして、放熱フィンは接地された放熱板に直付けできる。
実際に制作する場合はここにBIASの温度補正を入れれば利用可能だと思います。
但し、実際に制作した訳ではありません。
きちんと動作するか分からないので悪しからず。（発振等誤動作の可能性があります）
P-ChanタイプのパワーMOS-FETを使った7MHzのドレン接地増幅回路のLTSpiceのデータを下記に書きます。
コピペして「GroundGridAMP1.asc」として保存してからLTSpiceに読み込めば動作できるはずです。
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Version 4
SHEET 1 4216 776
WIRE 368 -496 304 -496
WIRE 848 -496 448 -496
WIRE 1632 -496 848 -496
WIRE 304 -448 304 -496
WIRE 848 -432 848 -496
WIRE 1424 -352 1344 -352
WIRE 304 -336 304 -368
WIRE 848 -336 848 -352
WIRE 1344 -288 1344 -352
WIRE 352 -208 304 -208
WIRE 672 -208 432 -208
WIRE 1088 -208 784 -208
WIRE 1296 -208 1168 -208
WIRE 304 -176 304 -208
WIRE 848 -176 848 -256
WIRE 880 -176 848 -176
WIRE 672 -144 672 -208
WIRE 784 -144 784 -208
WIRE 880 -144 880 -176
WIRE 1344 -144 1344 -192
WIRE 1552 -144 1344 -144
WIRE 1632 -144 1632 -496
WIRE 1696 -144 1632 -144
WIRE 1840 -144 1776 -144
WIRE 2080 -144 1904 -144
WIRE 1552 -112 1552 -144
WIRE 1696 -112 1696 -144
WIRE 1776 -112 1776 -144
WIRE 2080 -80 2080 -144
WIRE 304 -64 304 -96
WIRE 784 -32 784 -64
WIRE 848 -32 848 -176
WIRE 848 -32 784 -32
WIRE 880 -32 880 -64
WIRE 1008 -32 880 -32
WIRE 784 -16 784 -32
WIRE 1552 0 1552 -32
WIRE 1632 0 1632 -144
WIRE 1632 0 1552 0
WIRE 1776 16 1776 -32
WIRE 672 32 672 -64
WIRE 1632 32 1632 0
WIRE 2080 32 2080 0
WIRE 1424 48 1344 48
WIRE 1344 112 1344 48
WIRE 1632 112 1632 96
WIRE 1008 192 1008 -32
WIRE 1088 192 1008 192
WIRE 1296 192 1168 192
WIRE 1344 272 1344 208
WIRE 1696 272 1696 -32
WIRE 1696 272 1344 272
FLAG 304 -336 0
FLAG 304 -64 0
FLAG 672 32 0
FLAG 2080 32 0
FLAG 784 48 0
FLAG 1632 112 0
FLAG 1776 16 0
FLAG 1424 48 0
FLAG 1424 -352 0
SYMBOL voltage 848 -448 R0
WINDOW 123 0 0 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR InstName V1
SYMATTR Value 2.31
SYMBOL res 1184 -224 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName R5
SYMATTR Value 2
SYMBOL voltage 304 -464 R0
WINDOW 123 0 0 Left 0
WINDOW 39 0 0 Left 0
WINDOW 3 -231 441 Left 2
SYMATTR InstName V2
SYMATTR Value PULSE(0 13.8 1p 10u 0.1u 100)
SYMBOL voltage 304 -192 R0
WINDOW 3 -363 33 Left 2
WINDOW 123 0 0 Left 0
WINDOW 39 0 0 Left 0
SYMATTR Value SINE(0 8.9 7Meg 100u)
SYMATTR InstName V4
SYMBOL res 832 -352 R0
SYMATTR InstName R2
SYMATTR Value 100
SYMBOL res 448 -224 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName R4
SYMATTR Value 50
SYMBOL ind2 656 -160 R0
SYMATTR InstName L1
SYMATTR Value 25ｵ
SYMATTR Type ind
SYMBOL ind2 768 -160 R0
SYMATTR InstName L2
SYMATTR Value 6ｵ
SYMATTR Type ind
SYMBOL ind2 864 -160 R0
SYMATTR InstName L3
SYMATTR Value 6ｵ
SYMATTR Type ind
SYMBOL cap 1904 -160 R90
WINDOW 0 0 32 VBottom 2
WINDOW 3 32 32 VTop 2
SYMATTR InstName C2
SYMATTR Value 0.1ｵ
SYMBOL res 2064 -96 R0
SYMATTR InstName R6
SYMATTR Value 50
SYMBOL ind2 1680 -128 R0
SYMATTR InstName L5
SYMATTR Value 0.1ｵ
SYMATTR Type ind
SYMBOL ind2 1760 -128 R0
SYMATTR InstName L6
SYMATTR Value 7.5ｵ
SYMATTR Type ind
SYMBOL res 352 -512 M90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName R1
SYMATTR Value 1ｵ
SYMBOL cap 768 -16 R0
WINDOW 3 33 58 Left 2
SYMATTR Value 0.1ｵ
SYMATTR InstName C4
SYMBOL res 1184 176 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName R8
SYMATTR Value 2
SYMBOL ind2 1536 -128 R0
SYMATTR InstName L4
SYMATTR Value 0.1ｵ
SYMATTR Type ind
SYMBOL cap 1616 32 R0
WINDOW 0 -59 4 Left 2
WINDOW 3 -65 49 Left 2
SYMATTR InstName C3
SYMATTR Value 0.1ｵ
SYMBOL pmos 1296 112 R0
SYMATTR InstName M2
SYMATTR Value Si7489DP
SYMBOL pmos 1296 -288 R0
SYMATTR InstName M1
SYMATTR Value Si7489DP
TEXT -64 176 Left 2 !.tran 0 200u 0 0.0001
TEXT 608 -272 Left 2 !K1 L1 L2 L3 0.99
TEXT 1680 -184 Left 2 !K2 L4 L5 L6 0.99
TEXT 344 -376 Left 2 ;0.2Watt
TEXT 2112 -120 Left 2 ;5.7Watt
TEXT 144 -240 Left 2 ;INPUT
TEXT 2104 -184 Left 2 ;OUTPUT
----------- ここまで ---------------