J-FET で遊ぼう（１）：ID - VGS を測る

プチ実験シリーズでは MOS-FET の方を先にやっちゃいましたが，J-FET（接合型FET）のほうが歴史的に古いです．そっちが先ではとも思いつつ，部品ケースで先に見つかったのが MOS-FET だったのでした．笑　というわけで，お待ちかね？の J-FET の登場です．

FET 自体は皆さんご存じの通りゲート電圧でドレイン電流を制御する素子ですが，MOS-FET と違って，J-FET の使い方はちょっと特殊で，バイアスをマイナスにかけます．すなわちソースから見たゲートの電圧が０のとき最大電流となって，ゲートにマイナス電圧をかけていくことでドレイン電流をしぼっていく仕掛けなのです．そういえば大昔に勉強したような気がしますよね．笑　簡単に言えばだいたいこんな特性になります．

J-FET の I_D - V_GS 特性

すると，まずここで大事なのは I_DSS がいくつなのか？ということですよね．なぜなら J-FET はこれ以上の電流は流れないという数字だからです．もちろんデータシートには載っていますが，結構な幅があります．今回はフェアチャイルド製の J211 という N-ch J-FET を使います．主な用途は RF Amplifier とあるので，追々何かの工作に使えるだろうし，おまけに安いです．まあ実際はうちにあったからというだけなのですけども．笑　話を戻して，この FET の場合，データシートによると I_DSS は 7.0 〜 20 mA とあります．BJT（普通のトランジスタ）が h_FE でクラス分けされるのと同様，J-FET はこの I_DSS で特徴づけされます．J211 の I_D - V_DS をデータシートで見るとこうあります．

J211 の I_D - V_DS 特性例

あれ？これを読むと I_DSS は 23mA くらいになりますね．さっき最大が 20mA とあったけど..．まあいいか，まあ大体そのくらいってことです．I_DSS を測るのは簡単です．V_GS = 0 のときの電流を測れば良いので，こんな感じにすればよいのではないかと．

さっきの特性図を見ると，V_DS は 5V 以上あれば I_D も変化しないと読めるので，プチ電源の 5V で大丈夫そう．ここで出てくる電流値が I_DSS です．あと知りたいのは V_GS(OFF) ですよね．これもデータシートには -2.5 〜 -4.5 V と幅があります．さらにデータシートを見るとこんな図がありました．

J211 の I_DS -V_GS 特性例

温度が一緒なら傾きは大体同じになるようなので，I_DSS が分かれば，大体の V_GS(OFF) も想像できるということになりそうです．しかしここは地道に V_GS(OFF) も測ってみましょう．

I_DS -V_GS 特性を測るにはこんな回路を組みます．

J-FET はゲートにはマイナス電圧をかけて動作させますが，それはソースから見ての電圧なので，ゲートを０電位にしておいて，ソースをその分上げてやれば負電源はいりません．ソースに入っている POT にかかる電圧は V_SG だから，それは -V_GS に等しいですね．

ところで POT = 0 にすると最大電流が流れます．念のために何らかの保護がいるか？という検討もしておきましょう．絶対定格には I_{D_max} という項目はありません．ただ P_D < 350 mW という条件はあります．V_DD = 5 V が全部かかったとき最大 70mA です．ところが，V_GS =0V のときの I_D ，すなわち I_DSS が I_{D_max} となり，これは 20mA くらいまでということで無保護で大丈夫ということになります．

では早速測定してみましょう．その結果はこちら．

使用した J211 の I_DS -V_GS 特性

ですから大体こんな印象でいけばいいかな？

今回使用の J211 用に簡略化した I_DS -V_GS 特性

ではこれでなにか考えて実験してみましょう．つづく↓