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2015年11月23日 (月)

MOSFETを交流スイッチとして使う方法

近年、MOSFETは、増幅用途ではなくスイッチとして使うことが多いです。 スイッチング電源など、高速でON/OFFを繰り返すか、スタティックにON/OFFを制御する用途です。 アンプに使う場合でもソース接地として、電圧増幅には貢献しないことが殆どです。(電圧増幅させるとS/Nがよくない、高域が伸びないなどデメリットが大きい。 D級アンプはスイッチング素子として使用。) 

MOSFETを直流ではなく 「交流スイッチ」 として使うには、下図のようにソース同士を接続し向かい合わせるように使います。  なぜなら、ドレイン-ソース間にはダイオードが内蔵されているために、ゲートへ電圧を加えていなくても(D-S間に逆電圧がかかった時)ソースからドレインへ電流が流れてしまうからです。  

 

Mos_sw

交流スイッチとして使う場合、この図のAとBに繋いでお互いの内蔵ダイオードで流れてしまう信号を遮断するように接続します。  直流なら、A-C間、もしくはB-C間のみでOKです。 (MOSFETひとつで足りる) 

最も注意しなければならない点として、MOSFETの端子間のキャパシタンス(静電容量)が挙げられます。  

 

大電流を流せるMOSFETは、端子間容量が巨大で、IRLB3813も例外ではなく、キャパシタンスがとても大きいです。 ドレイン-ソース間(D<->G<->S含)では、おおよそ1500pFになります。 

つまり、スイッチをOFFにしていても、この端子間容量を通じて交流信号は伝わってしまいます。 高い周波数ほど漏れることになるので、高周波スイッチとしては意味をなしません。 

交流スイッチといっても大電流MOSFETを使った場合は、低周波信号に限られます。 

 

実際、オーディオ用途として使った場合も、少し音漏れがあります。 正確には計測していませんが、この性質(音漏れ)には目をつぶる必要があります。 
IRLB8721というMOSFETでは端子間容量が小さく、音漏れが極小です。しかし、ON抵抗は8.7mΩと僅かに高い。(これでも十分小さいです)  デバイス(品種)に依存する部分として「ON抵抗の低さ」か、「音漏れの少なさ」 か、どちらを重視するのか選択しなければなりません。 

その他、故障したときに、ショートモードで破壊する可能性があって、その場合、スイッチがONになりっぱなしになります。 (リレーでも固着、溶着があります)

 

利点としては、ON抵抗の小ささと、接点が傷まない、という事が挙げられると思います。 

 

利点・欠点を理解した上で使う必要があります。 

 

 

 

個人的には、リレーの「カチっ」という音がないと、少しさびしい気分です。 が、スピーカー用リレーが入手しにくいという現状では、諦めるしかないのかもしれません。 

音質的な観点からすると、MOSFETでもリレーでも新品時には特段の差は感じられないと思います。 少し接点が酸化(劣化)してきたときには、リレーよりMOSFETの方が良くなる可能性が高いように思います。 

 

 

 

 

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