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差動増幅用J-FETを探す

HPAやパワーアンプの初段差動増幅に愛用している 2SK170BL がとうとう残り150個になってしまいました。
このままではアンプ製作に支障が生じそうです。

そこで2SK170BLに変わって使えそうなJ-FETを身近な(安価な)秋月電子で探してみました。

候補は以下の3種です。

1.2SK369-V : 順方向伝達アドミタンス |Yfs| が標準で 40mS もあります (2SK170BL は25ms)、40円/個(秋月)

FET_change_2.jpg

2.2SK2145-BL : 同上 |Yfs| が 15mS です。使える可能性あります。表面実装品ですが、1パッケージに2個入っている DualタイプなのでVgsのペア特性に期待が持てます。もしかすると選別も不必要になるかもしれません。100円/2個=25円/素子(秋月)

FET_change_1.jpg

3.PF5102 : Fairchild 社製のアナログ・スイッチング用とデータシートにあります。ソースとゲートのピン配置も違うので代替期待は持てませんが念のため特性だけ計測することにしました。20円/個(秋月)

FET_change_3.jpg

【Step1:Vgs計測で特性バラツキを計測しペア選別性をチェック】

1.2SK369-V
  ランク V の Idss 分類は 14~30mA に対して 50個計測した範囲で、15.8~27.5mA内でした。
  Vgsを6mV範囲のペアを選ぶと、40個(80%) もゲットできました。

2.2SK2145-BL
  データシートに見れるように、ソースを共通端子にした Dual素子です。ペア性のチェックが重要です。
FET_change_8.jpg

端子間ピッチ 0.95mmの SOT23 なので、1 inchへの変換基板を改造して計測用基板を作りました。計測するときはこの上から押し付けて接触させます。上の写真の左右3ピン毎に、D1-G1-S、S-G2-D2を配置し計測器に差し替えて計測します。

FET_change_10.jpg

使用した計測器は、こちらで作ったぺるけ式FET選別器と同じ回路のユニバーサル基板バージョンです。安定してVgs計測ができます。

取り敢えず5個計測した Vgsのペア性を示します
・-0.587、-0.594 (差7mV)
・-0.547、-0.541 (6mV)
・-0.547、-0.552 (5mV)
・-0.593、-0.594 (1mV)
・-0.528、-0.526 (2mV)

最大の差でも7mV しかありませんのでペアとして申し分ありません。

3.PF5102
  余り期待できませんが50個も買ったので、IdssとVgsを足位置変換具を使って計測してみました。
  Idss:4.4~10.2 mA (データシート4~20mA)
  Vgs:-0.225 ~ -0.668 V(同上 -0.7 ~ -1.6 V 、計測電圧が指定と異なるので参考値です)

【Step 2 :実機に付けて歪率の計測】

本来ならば、素子の Vds-Id 特性図からロードラインを描き、使用する電圧に最適な電流を求めた回路定数を決めるのが正しいアプローチなのですが、いつもながら無手勝流の小生としては、既に2SK170BLで動作している実機に対象品を取り付け、その歪率を比較計測するという手法を採ってみました。

・その1 : ぺるけ式FET差動ヘッドホンアンプ、バージョン2

FET_change_7.jpg

大分以前にユニバーサル基板で作った、ぺるけ式FET差動ヘッドホンアンプ・バージョン2に換装して歪率を比較計測しました。手前の左チャンネル(計測するチャンネル)に 2SK2145-BLを乾燥した写真です。コネクタでFETを差し替えて計測します。

FET_change_5.jpg

太い青線がオリジナルの2SK170-BLで計測した歪率カーブ、赤線が換装した 2SK2145-BL の歪率カーブです。
ぺるけ式では釣り針状のカーブになる筈なので、ぺるけさんの記事からデータを読み取ってプロットしたのが青破線です。

やはり私の計測環境では、ベースノイズのために0.03%以下には下がらないようです。それ以外の範囲では2SK170-BLの歪率カーブはぺるけ式を再現しています。

換装した2SK2145-BLですが、2SK170-BLには及ばないまでも、かなり近いレベルの特性を示しています。
これならば回路定数を最適化すれば、もっと良くできるのかもしれません。(これでもかなりGoodです)

試しに音楽を聴いてみると、いやいや流石にぺるけ式の音は素晴らしいです。左右チャンネルの音の差は認知できません。


・その2 : 金田式もどきDCヘッドホンアンプ

FET_change_9.jpg   

これもまた以前試作に使った金田式もどきDCヘッドホンアンプを引っ張り出してきました。改造が楽なので左右共に2SK2145-BLに換装してある写真です。これもまた2SK170-BLと比較して歪率を計測します。

FET_change_4.jpg

ここで3種のFETを比較しています。
青線がベースとなる、2SK170-BLでの歪率です。この時は差動するFET間のバランスを取る100Ωの可変抵抗が入っていました。

赤線が2SK2145-BLでの歪率です。ソース共通なので100Ω可変抵抗を取り去ったためか、ベースとなる2SK170-BLよりもやや低い歪率を示していますが、私の計測機器の最低計測能力の0.03%に近いレベルでのことなので、本当に意味のある差なのか、計測時のノイズ環境の差なのか判然としない要素も含んでいます。

期待していた2SK369-Vですが、高 |Yfs| に対して回路定数が合わないのか、または発振しやすい金田式回路の影響なのかあまり良い結果ではありません。


これまでの結果では2SK2145-BLがかなり良い結果を示してくれました。回路定数を見直せばもっと良くなる可能性もありますが、・・・問題は東芝製なので何時まで入手可能かですね。取りあえずたくさん買っておきましょうかね(泣笑)


・・・
それにしても、しばらくぶりに聴いたぺるけ式FET差動ヘッドホンアンプの音には再感動しました。

2013年に昇圧型DC-DCコンバータを電源にしてぺるけ式FET差動ヘッドホンアンプの小型版を作りましたが、リチウムイオン電池2個の7.4Vでの最適定数に替えれば、最近使っている表面実装トランジスタと組み合わせてみたらどうだろうかと思ってみたりします。

シミュレーションやってみましょう。





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2010/3/17 電子工作をプラスしました。

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