ソース接地回路

ソース接地回路（Common Source Circuit）

ソース接地回路は、電界効果トランジスタ（FET）を用いた基本的な増幅回路の一つであり、特に高電圧増幅が可能です。この回路は、高い入力インピーダンスと比較的高い出力インピーダンスを持ち、AC信号の増幅に広く利用されます。バイポーラトランジスタを使用したエミッタ接地回路と類似の特性を持つものの、トランジスタの構造や特性によって異なる動作を示します。

特性

ソース接地回路におけるFETのゲートは絶縁体であるため、低周波数での入力インピーダンスは非常に高くなります。出力インピーダンスは、トランジスタの出力抵抗（r_o）に依存します。特に、r_oが抵抗R_Dよりも遥かに大きい場合（r_o ≫ R_D）、出力インピーダンスと電圧利得は簡単に求められます。

ただし、入力信号にバイアスを必要とする場合（AC結合信号など）は、バイアス回路が入力インピーダンスに影響を与えるため注意が必要です。また、出力インピーダンスが高いため、負荷抵抗が低すぎる場合はバッファ回路を追加することが必要になります。

電圧利得は高く、特にミラー効果によりゲート・ドレイン間の容量（C_gd）が増大し、出力に影響を与えます。高出力インピーダンスの回路でソース接地回路を利用すると、帯域幅が制約されることがあります。この問題は、カスコードトランジスタの配置によって解決できることが知られています。

出力のバイアスは、トランジスタのバイアス電流（I_D）、抵抗（R_D）、および電源電圧（V_DD）によって決まります。最適なバイアス点は、ドレイン電圧が飽和する最低値とV_DDの中間に配置することで最大の出力振幅を得ることが可能です。

ソース負帰還の導入

ソース接地回路において、トランジスタのトランスコンダクタンス（g_m）は入力電圧に依存し、出力と入力の関係は非線形となります。しかし、ソースに抵抗を加えた場合、負帰還により電圧利得のg_m依存性が低下し、線形性が向上します。ただし、利得は減少するため、トレードオフが発生します。

特に、g_mとr_oが非常に大きい場合は、出力抵抗も考慮すべき要素となります。

カスコードトランジスタの挿入

カスコードトランジスタを追加すると、入力トランジスタのドレインの増幅率が小さくなり、ミラー効果による実質的な入力容量の増大を抑制できます。カスコードトランジスタを使用することで、出力特性の向上が見込まれ、この回路ではソース接地回路とゲート接地回路の特性の融合が図られます。

カスコードトランジスタを適切にバイアスすることで、両方のトランジスタが飽和領域で動作するように設定できます。この接続により、回路の全体的な性能向上が実現し、特に無線受信機や各種電子機器においてローノイズの増幅器として重宝されています。

用途

このソース接地回路は、無線受信機における低雑音増幅器（LNA）など多くの応用分野で広く利用されています。その高い電圧利得と特性は、さまざまなアナログ回路設計において重要な役割を果たします。

参考文献

• - Behzad Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits, McGraw-Hill, Inc., New York, NY, 2000
• - 松澤昭, アナログRFCMOS集積回路設計 基礎編, 培風館, 2010年

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