MOS FETのデータシート

本日は、MOS FET のデータシートを見ていきましょう。

このMOS FETは、オーディオ向けで割と有名なものです。　シングルのSEPPで80～100Wクラスのパワー段に使うことが出来ます。

今までと同様に、一番上に書いてある特徴を読むと、低周波電力増幅用で高耐圧、高順方向伝達アドミタンス　とあります。

JFETにくらべると遥かにgmが高いです。　　とは言っても、オーディオアンプではMOS FETを増幅段に使うということはまずしません。　ソースフォロアとして出力段へと使うだけです。　

なぜかと言いますと、また後ほど書きますが、入力容量がバイポーラトランジスタに比べて非常に大きく、周波数特性を伸ばすことが出来ないからです。

　
よく MOS FETはトランジスタと比べて高速動作と言われますが、実際には微妙なところです。低速トランジスタよりは高速ですが、高速トランジスタと比較すると同等か少し遅いくらいです。

駆動回路が同じで、リニア動作させるなら一般にバイポーラの方が周波数特性は良くなります。

後述しますが、スイッチング動作させるときはMOSの方が有利になります。
　
　

さてさて、最大定格では、特に注目するような点はありません。　

電気的特性を見ていきましょう。
　

　
　

ここで、重要な項目が出てきました。　入力容量cissです。　この2SK1529はMOSの中では入力容量が少なく、ドライブしやすいFETです。　近年の大電流MOSは、このcissが1500pFを超えることは珍しくありません。

　
同じ10Aクラスのバイポーラトランジスタの入力容量＝Cob＋Cibは、おおよそ200～400pF程度ですから、如何にMOS FETの入力容量が大きいかお分かりいただけるかと思います。
　
　

　　では、なぜ入力容量が大きいと良くないのでしょうか。　
　

１．前段（ドライバ段）からみると最終段の入力容量はC負荷ほからなず、発振しやすくなる。　
２．大容量キャパシタをチャージしないとゲートへ電圧を伝達できないため動作が遅くなる。
３．キャパシタへのチャージ電流はピーク電流が大きい。　つまり ドライバ段の負荷が重い。
　
　
という理由があげられます。　発振を防ぎチャージ電流を低減するためにゲート抵抗を220～1kΩ程度入れることは良くあるのですが、そうすることで動作は更に遅くなります。

　
例えば、1kΩと700pFで形成されるフィルタのカットオフ周波数は、約230kHzとなります。
　
何の工夫もなくアンプを組んだ場合でも500k～1.5MHzくらいの周波数特性を得られるディスクリートアンプにおいて、この周波数は非常に低いと言わざるを得ません。
ゲート抵抗とゲート容量で形成されるポールは、深いＮＦＢをかけようとするとき、無視できないほどの位相遅れを生じさせます。
　
ちなみにバイポーラTRでの発振止めベース抵抗はせいぜい2.2～10Ω程度。　
入力容量を400pFとしても、カットオフ周波数は約40MHｚとなります。　
　
　
最後に、電気的特性の欄外に書いていますが、MOSは静電気に弱いため、取り扱いに
注意が必要です。　
　
　

ここからは、データシートに書いていない豆知識です。　MOS FETが高速と謳うのは嘘かというと、そうではありません。
　　
オーディオアンプでソースフォロアで使用する場合には、一切、高速性を活かせないのですが、スイッチング電源や、モータードライブ（PWM）では、バイポーラに無いスイッチング特性の
メリットがあります。　
　
一般のバイポーラTRは、キャリアの蓄積といって、駆動電流をカットしても、即座にコレクタ電流が止まらず、少しの時間電流が流れ続けてしまう現象があります。
　
ところが、MOS FETには、このキャリアの蓄積が構造上存在しないため、ゲートへの電圧が無くなるのと同時にドレイン電流が止まります（※）。　　そのため、スイッチングロスが少なく、高速スイッチングが可能です。　スイッチング電源ではこのメリットがとても役に立ちます。
　
　
そういう観点とは別に、音質が良いとされていますので、近いうちにバイポーラTRとMOS FETのリニアリティ比較（データシート上）でもしてみましょう。
　

　
また、MOS FETは入力インピーダンスが高くドライブしやすいというのは、直流のときの話で、オーディオ信号のように交流をあつかう場合や、スイッチング電源のように高速にon/offを繰返す場合には、入力容量を高速にチャージ、ディスチャージするドライブ能力が必要になります。バイポーラTRはVbe＝0.6V以上でONできますが、MOS FETはVgsを6～10V程度かけないとON抵抗を低く出来ないので、駆動電圧も高くする必要があります。
　
　
　
　
　
（※）実際には、しきい電圧とゲートチャージ分だけ動作は遅れます。