24. JFETのバイアス回路

nチャネルJFETのバイアス回路

固定バイアス回路

図１は、nチャネルJFETの\(V_{GS}-I_D\)特性である。動作点を点\(Q\)にしたい場合、図２のようにゲートに抵抗\(R_G\)を介して負の電圧\(V_{GG}\)を加えればよい。ゲートにはほとんど電流が流れないので、\(V_{GS}=V_{GG}\)となる。
図２のように、独立した直流電源により、ゲートにバイアスをかける回路を固定バイアス回路という。出力電圧は、$$V_{DS} = V_{DD} - R_D I_D$$ として取り出すことができる。

自己バイアス回路

自己バイアス回路は、単純で一般的なJFETバイアス回路の一つである。nチャネルJFETの場合、自己バイアス回路は、ソースに接地された抵抗\(R_S\)を用いてソース端子に一定の電流\(I_D\)を流すように構成される。ドレイン抵抗\(R_D\)を介してドレイン端子は電源電圧\(V_{DD}\)に接続される。ゲート端子は抵抗\(R_G\)を介して接地され、これによってゲート-ソース間の電圧\(V_{GS}\)が決定される。

自己バイアス回路の動作

ソース抵抗\(R_S\)によりソース端子に一定の電流\(I_D\)が流れ、これによってソース電圧\(V_S\)が生じる。ゲート⁻ソース間の電圧の関係は、$$V_S + V_{GS} = V_{RG}$$である。ここで、ゲートに接続された抵抗\(R_G\)には、ほとんど電流が流れないので、\(R_G\)による電圧降下は０で、\(V_{RG}=0\;V\)である。従って、$$V_S + V_{GS} =0 \\ V_{GS} = - V_{S}$$となる。よって、\(V_{GS}\)が負になり、JFETが適切に動作するようにバイアスが設定される。また、\(V_{GS} = -V_S = -R_S I_D\)より、$$-\frac{1}{R_S} = \frac{I_D}{V_{GS}}$$なので、JFETの動作点を図１の点\(Q\)のように定めるには、バイアス電流\(I_{DQ}\)とバイアス電圧\(V_{GG} = V_{GSQ}\)から、ソース抵抗\(R_S\)は、$$R_S = -\frac{V_{GSQ}}{I_{DQ}}\;\;\;\;\; (V_{GSQ}<0)$$と設計できる。\(R_G\)には電流が流れないので、\(R_G\)の値は任意であるが、入力インピーダンスを下げないために、数百\(k\Omega\)から\(1\;M\Omega\)程度の高抵抗を使用する。
自己バイアス回路により、JFETはドレイン-ソース間の定常電流\(I_D\)で動作し、これによりJFETの利得やドレイン特性が決まる。