第３弾 はMOS-FET 2SJ114 CSPP です。　今度はフラットな放熱器（１．８℃/W）にコの字型アルミチャンネルをベースにして組んでみました。

放熱器も大きいものを買うと結構値が張ります。今回のものは自然空冷では１０Ｗ程度が良いところですが、アイドリング電流を増やすために強制空冷としました。
ＰチャンネルMOS-FETを採用したのはVDS-ID特性の定電流性がＮチャンネルよりも悪いので僅かながらＳＩＴに近い音質傾向になるのではとの期待からで、
またＪ１８ユニットと同じく初段にＫ２１３を使っているので出力段のデバイス差が良くわかるのではとの目論見です。
もう一つは Super SIT 接続を製作する前に MOS-FET の音を確認しておく目的もあります。

定電流回路も含めてシンプルなオールＦＥＴ構成になっています。

■ 回路図 (2003/11/08)

出力段が MOS-ＦＥＴ だと温度補償も省略できるし、エンハンスドモードなのでSITに比べてバイアスも簡単に済みます。
パイロットランプ兼用のＬＥＤ（緑）を基準電圧として定電流回路もシンプルに構成しています。

初段は V-FET(SIT) の Ｋ７９ でも試してみましたが、ゲインが不足するのと定電圧性のドライブではＰＰの対称性が崩れて２次歪みが大きくシングルアンプみたいにクリップ波形が非対称になってしまいます。
Ｊ１１４ドレイン側に入れた電流測定用０．４７Ωは大きすぎる様にも見えますが、８Ω負荷ではこれをショートしても出力、ﾀﾞﾝﾋﾟﾝｸﾞﾌｧｸﾀｰとも殆ど変化はありません。

 

表から見えるのはヒートシンクとファンなので見た目につまらない。モールド型でもやっぱりデバイスは表に出すべきか。
しかしMOS-FETのゲート配線を延ばしたくなかったので基盤から直付けできるこの形になりました。

それにしてもつまらない、見た目がつまらないと音までもつまらなく聞こえてきそうでなおさらです。
ＬＥＤ（緑）はファンの奥にかろうじて見えるが前２作に比べるとこれも存在感をスポイルしてしまう。

■ 基礎体力　（アイドリング電流　０．４Ａ）

最大出力	４０Ｗ
ゲイン	２５．１ｄＢ
高域カットオフ(-3dB)	２８０ＫＨｚ
ダンピングファクター	７．６９（８Ω）
残留ノイズ	０．１８ｍＶ

最大出力は前２作の中間です。
Ｊ１１４の Cis が大きい（1000PF）のでゲート・ソース間2.2K程度のドライブインピーダンスでどうなるか出たとこ勝負でしたが、高域カットオフ(-3dB)は２８０ＫＨｚと以外に延びました。
ゲインとダンピングファクターはアイドリングを増やせば上昇しますが、発熱との絡みで０．４Aにしました。

■ 音質傾向

冒頭にも書いたとおり、バイポーラＴＲよりはＳＩＴに近い音がするかも？との淡い期待は見事に外れました。
ほぼ同じゲインでアイドリング電流の低い２Ｎ３０５５ユニット（Ver.1）よりもダンピングファクターが低いことからも内部抵抗の高い素子であることが判ります。
良くも悪くも、半導体らしい音です。　大きな Cis の割に高域は華やかでパーカッションが前に出て来ます。
もっとアイドリング電流を増やせば少しは良くなるのかも知れませんが、たったの５石でここまで鳴れば充分としましょう。

■ 雑感

このユニットを作っているうちに中高生の頃に作ったＩＣアンプを思い出しました。

当時のパワーＩＣと言えばサンケンもありましたが、製作例を紹介していた東芝が自作派の主流でした。ＴＨ９０１３Ｐと言う名前で中身は混成（ハイブリッド）ＩＣ、セラミックの基盤に抵抗をプリントして当時のトランジスタをそのまま載せてパッケージした出力２０Ｗのものでした。
外付け部品が必要でしたが、単電源でも動作出来る汎用性の高いものでした。でも、スピーカーが深呼吸する程ショックノイズが大きくて半導体アンプってこういうものなのかとビックリした記憶があります。その他オーディオ以外の用途にどれだけ使われたかは？ですがＴＨ９０１５Ｐをギターアンプに使い簡単に作れて重宝したものでした。
音楽よりも自作が目的だった当時、音の悪さに気が付いたのは大分経ってからでしたが、ＩＣのケースをこじ開けＮＦＢのプリント抵抗を剥がしてＮＦＢ量を減らしたことを思い出します。ＳＮは若干悪くなりましたが、大分マシな音になった記憶があります。
当時の安物半導体アンプはソリッド抵抗を多用していたので、電源を入れると”ザー”と言うのが普通でした。 直流安定度が悪く、ウーハーがふらふら動いていたのを妙に懐かしく思い出します。
このＪ１１４ユニットならばパワーは４０Ｗ、電源は３つ要りますが外付け部品が２個のトリマー程度で済むし、ショックノイズも出ないので当時こんなハイブリッドＩＣがあったら面白かったかも知れません。

今度は別の Ｐｃｈ MOS-FET で追試したいと思います。

手持ちの Ｐｃｈ ＭＯＳ−ＦＥＴ の中から先ずは２ＳＪ１１７を試してみました。
チャンネル損失がＪ１１４の１００Ｗと比べてＪ１１７は４０Ｗと小振りであるために大出力は望めませんが、音質確認です。

■ 基礎体力　（アイドリング電流　０．３５Ａ）

最大出力	９Ｗ
ゲイン	２４．６ｄＢ
高域カットオフ(-3dB)	２５０ＫＨｚ
ダンピングファクター	４．５９（８Ω）
残留ノイズ	０．１６ｍＶ

ＲＤＳ(on) が７Ω(max) と大きいため最大出力は９Ｗと可愛いもんです。
規格表によれば Cis (520PF) がＪ１１４より低いにも関わらず、高域カットオフは２５０ＫＨｚでした。
後で良く考えたら、この時点で既にソケットとプラグを１１Ｐに変更して入力端子を電源ケースの背面に移動していた為にシールド線の容量が加わっていたのでした。以前と同じ条件ならもっと延びていたはず、でも２００ＫＨｚ以上は実用上必要ないので１００ＫＨｚ程度でも充分です。

やはりこの石は本来高電圧で使うために開発されたものですのでオーディオアンプの出力段に使うのは少々場違いな感じです。

■ 音質傾向

Ｊ１１４と比べると半導体臭さが取れ、透明度も解像度も高くなり、聞き易い音質になりました。
小さいながらもなかなかの実力です。　これでもっとパワーが出れば文句は無いのだが．．．でも拙宅では十分な音量です。
最初から出力を望まなければなかなか使える石です。

 

次はＴＯ−３パッケージの２ＳＪ１１６を試してみました。

こちらはチャンネル損失が１２５Ｗと大きくＪ１１４よりも大出力が取れそうですが、ＲＤＳ(on) が２．２５Ω(max) とＪ１１４の０．８Ω(max)より大きいため、電源電圧を上げたとしてもチャンネル損失が増えるのでたぶんＪ１１４を上回る事は出来ないでしょう。
規格表によると耐圧がＪ１１７と同じく４００Ｖ、最大ドレイン電流が８ＡとＪ１１７の２Ａに比べると４倍なのでＪ１１７を４パラにしたような感じです。
全てが４倍と言うわけではありませんが、恐らくＪ１１７と同じ構造で４倍程度のチップサイズだと想像します。
番号が若いので逆にＪ１１６を１／４にスケールダウンしたのがＪ１１７だと考えるのが妥当です。

■ 回路変更

パッケージ形状の違いによりヒートシンク及びその取り付けが変わった為に基盤からの配線を延ばさざるを得ず、ゲート配線が３ｃｍ程度でも寄生発振が出てしまいましたので、ゲートに１ＫΩを直列に入れました。

■ 基礎体力　（アイドリング電流　０．４Ａ）

最大出力	３３Ｗ
ゲイン	２５．２ｄＢ
高域カットオフ(-3dB)	１６０ＫＨｚ
ダンピングファクター	１０．０（８Ω）
残留ノイズ	０．１８ｍＶ

最大出力、ゲイン共Ｊ１８ユニットのアイドル０．２５Ａ時と同じです。　ダンピングファクターも１０．０と充分な値を示しています。　
Ｊ１１６の Cis (1200PF) がＪ１１４よりもさらに大きいので高域カットオフは１６０ＫＨｚと下がりましたが、実用的には全然問題ありません。
この石は本来スイッチング用途ですが、出力を高望みしなければオーディオアンプでも充分使えます。

■ 音質傾向

Ｊ１１７と同じ傾向の音質でダンピングファクターが上がった為か、僅かながら重厚に聞こえます。
ただＪ１１４がハズレだっただけなのか？
だとしてもこれが MOS-FET の音なのか判断はしかねますが、音量を上げていくとうるさく感じて長時間の鑑賞には疲れを感じます。
Ｊ１８の音にはこの疲れがまるで無いし、２Ｎ３０５５は予想に反してけっこう疲れない音です。

パワー MOS-FET はゲート容量が災いしてそのままでは高域特性がバイポーラＴＲやＳＩＴに比べて充分に延びません。
バイポーラＴＲではダーリントン接続をして ｈｆｅ を稼いでいますが、こちらも１段増やしてハンディを克服してやることにしました。
ＦＥＴをダーリントン接続してもｇｍが増える訳ではない（インバーテッドダーリントンなら増大）のでソースフォロワーにしてドライブインピーダンスをグッと下げてやることにしました。

２００３年１２月からもう既に１０ヶ月ですが、ＭＯＳ−ＦＥＴの名誉挽回の為にやれることはやっておくべきと思い、久しぶりのリファインです。

■ 回路変更

ソースフォロワーには２ＳＪ７６と２００Ωを追加しただけです。ドレインはそれぞれＶ１とＶ２の電源から直接供給される様に接続すればＯＫです。
２ＳＪ７６にはそれぞれ約６２０ｍＷの発熱があるので放熱器に取り付けなければなりません。 

 

■ 基礎体力　（アイドリング電流　０．３Ａ）

最大出力	３３Ｗ
ゲイン	２５．１ｄＢ
高域カットオフ(-3dB)	６５０ＫＨｚ
ダンピングファクター	７．５（８Ω）
残留ノイズ	０．１８ｍＶ

アイドリングを０．３Ａに絞りましたが、ソースフォロワー段のＶＧＳが加算される為、初段の電流は増えています。
アイドリングを減らした分ゲインが０．１ｄＢ下がり、ダンピングファクターも７．５と少し減りましたが、ソースフォロワーのおかげで高域カットオフはグンと上昇して６５０ＫＨｚとなりました。

■ 音質傾向

さて、ソースフォロワーの効果の程はどうでしょうか？
少しだけ高音域の堅さが和らいだ様です。

半導体アンプでは１００ＫＨｚ以上の特性でもおろそかに出来ないようです。
なるべく高い周波数までレスポンスを確保することが音の良いアンプになるような気がします。
これでちょっとマシな音質になってくれました。（と言いながら実はビリ争いだったりして．．．(^^;）

Super SIT 接続では V-FET を MOS-FET にダーリントン接続しただけでその音質を V-FET の支配下に置けます。
今度はバイポーラＴＲをダーリントン接続をしてみることにしました。

前回のリファインから３ヶ月ですが、ＭＯＳ−ＦＥＴのクセ？らしきモノを取るために最後の手段です。

■ 回路変更

ダーリントン接続はソースフォロワーの２ＳＪ７６を２ＳＡ１００８に置き換え、コレクターとドレインを接続。
ソースフォロワーと同様約６２０ｍＷの発熱があるので２ＳＡ１００８には放熱対策が必須です。

■ 基礎体力　（アイドリング電流　０．３Ａ）

最大出力	３１Ｗ
ゲイン	２５．１ｄＢ
高域カットオフ(-3dB)	５００ＫＨｚ
ダンピングファクター	７．４（８Ω）
残留ノイズ	０．１８ｍＶ

出力と高域カットオフはちょっと下がりましたが、他はソースフォロワーと殆ど同じです。

■ 音質傾向

さて、ダーリントンの効果の程はどうでしょうか？
ＭＯＳ−ＦＥＴのクセとも言える硬さが感じられなくなり、安心して聴ける音になりました。
どうもこれまでのオールＦＥＴでの構成だと躍動感に乏しく、大人しいけど硬い印象でしたが、バイポーラＴＲの躍動感がＭＯＳ−ＦＥＴのｇｍで拡大された様で、あたかもSuperSIT接続のような効果です。
オールＦＥＴに拘るよりもバイポーラＴＲを上手く取り入れた方が鑑賞に耐えるアンプとなりました。

これで漸く２Ｎ３０５５ユニットと甲乙付け難い音質までに成長してくれました。

■ 雑感

最終的にMOS-FETの個性を殺してしまいましたが、聴感上は明らかに改善しました。
SIT や Super SIT には敵いませんが、バイポーラＴＲ（２Ｎ３０５５）ユニットと勝負できるレベルになったと言えます。
当初MOS-FETがそんなにお粗末な音を出すとは思っていなかったので期待ハズレだったのですが、最後はバイポーラＴＲのダーリントン接続が有効となりました。

バイポーラＴＲにはまだまだ使えるパワーＴＲがあるのでわざわざSuperSITの様にＭＯＳ−ＦＥＴと組み合わせなくても好きな石が選べますが、パワー・バイポーラＴＲの欠点は温度補償が必要なところです。

その点終段MOS-FETにすれば温度補償の必要が無く、電源変動にも強いので設計製作が簡単で安定動作してくれます。終段バイポーラTRに比べるととてもラクチンですが、ゲート容量と寄生発振だけは気を付ける必要があります。MOS-FETアンプを生かすも殺すもゲート容量を如何にドライブするかで決まりそうな印象を受けました。

一時、MOS-FETには見切りを付けてにこのユニットを解体してしまおうかとも思いましたが、Ｖｅｒ．３にてバイポーラＴＲをダーリントン接続することにより、充分な高音質と安定動作を手に入れることが出来ました。

こんな簡単な回路でも数万円の市販アンプを軽く凌駕する音が出ますから、初心者の方にも安心して薦められます。
ユニット式にしなくてもＶ１とＶ２の３０Ｖ程度の電源をＲＬで計４つ用意し、Ｖ１ｎは倍電圧でもいいし、小容量の別電源を用意して左右共通とすることも出来ます。

本機では２SJxxxのP−ｃｈタイプを使いましたが、もちろん回路全体をコンプリ返してしまえば２ＳＫxxxのＮ−ｃｈタイプでも同様に製作可能です。オーディオアンプやモーター制御系以外でのアプリケーションではその電源極性から２ＳＪタイプは敬遠されがちですので、市場では安く出回っています。以外に使える良質なパワーMOS-FETが見つかるかも知れません。

Last update 10-Jan-2005