ドレイン接地回路

ドレイン接地回路（Common Drain Circuit）について

ドレイン接地回路は、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種です。この回路は、電圧バッファ、ソースフォロワまたは電圧フォロワと呼ばれることもあります。一般的には、ゲート端子に入力信号が接続され、ソース端子から出力信号が得られ、ドレイン端子は両者に共通で接続されます。ただし、ドレインが接地されているとは限らない点にも注意が必要です。類似の構成を持つバイポーラトランジスタで構成された回路は、コレクタ接地回路と呼称されます。

このようなドレイン接地回路は、インピーダンス変換にも利用されます。具体例として、高いテブナン抵抗を持つ電圧源からドレイン接地回路へ接続する場合、電圧フォロワと組み合わせることで、実際の出力抵抗を大幅に低下させることができます。この抵抗の低下によって、より理想的な電圧源が形成されます。また、電圧フォロワを小さな負荷抵抗と組み合わせて使用することで、駆動段から見て無限に近い負荷抵抗を実現でき、電圧信号を小さな負荷抵抗に効果的に接続することが可能です。

ドレイン接地回路の特性

ドレイン接地回路は特に低周波数領域において、以下のような微小信号特性を示します。

電圧利得

ドレイン接地回路における電圧利得は次のように計算されます。

$$ A_v = \frac{v_{out}}{v_{in}} = \frac{g_m R_S}{g_m R_S + 1} \approx 1 \quad (g_m R_S \gg 1) $$

ここで、$g_m$は相互コンダクタンスを示し、$R_S$はソースの接続された抵抗です。入力インピーダンスが高いため、出力電圧は入力電圧とほぼ等しい値となります。

電流利得

電流利得については、

$$ A_i = \infty $$

となり、無限大の値を持つことから、電流が流れ込んでいく際に実質的に電流を失わないことを示しています。

入力インピーダンス

入力インピーダンスは、

$$ r_{in} = \infty $$

となり、実質的に無限大のインピーダンスを持つため、信号源の特性をほとんど変えることなく取り込むことができます。

出力インピーダンス

出力インピーダンスは次のように表されます。

$$ r_{out} = R_S \| \frac{1}{g_m} \approx \frac{1}{g_m} \quad (g_m R_S \gg 1) $$

このように、出力インピーダンスも低く抑えられますが、特に$g_m$が大きい場合、出力インピーダンスは相互コンダクタンスに反比例する形になります。

結論

ドレイン接地回路はその特性から、様々な電子回路において非常に重要な役割を果たしています。特に、信号のインピーダンスを変換し、効果的に結合するための便利な手段として広く利用されています。やや高度な電子工学の概念ではありますが、その実践的な応用は広範囲です。この理解を深めれば、より複雑な回路設計にも対応できる能力が身に付くでしょう。

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