2026年5月2日土曜日

【部品】RF FETs 2026

高周波用小信号FET:2026年版

Introduction
This document compiles information on FETs for high-frequency circuits that are readily available in Japan as of 2026. RF FETs have several structural characteristics and have been refined to make them easier to use. I have provided a brief explanation of each. I hope to help readers understand the characteristics of these readily available FETs, utilize them effectively, and enjoy building RF circuits. I have measured the transconductance (gm) of the FETs I have on hand and compiled the results into a table.(2026.5.2 de JA9TTT/1 Takahiro Kato) 

【FETはキーパーツ】
 水晶発振器を検討しています。電界効果トランジスタ(FET)はキーポイントです。
(このBlogに登場するFETs)
2SK19Y,2SK19GR,2SK19BL.2SK41E,2SK54B,2SK61,2SK125-5,2SK161,2SK192AY,2SK210Y,2SK211,2SK212D,2SK241Y,2SK241GR,2SK246GR,2SK302Y,2SK315E,2SK439E,2SK439F,2SK518E,2SK544E,2SK544F,2SK606S,2SK607,2SK882GR,3SK35,3SK44,BF256B,BF256C,J211,J310,J310G,U310,E310,MMBFJ310 ほとんどが高周波・小信号用のFETです。

オーバートーン発振器
 電界効果トランジスタ:FETで水晶発振子をオーバートーン発振させています。

 永く電子回路と付き合っていると自身の「定番の回路」ができてきます。私は高周波回路に馴染んでいて水晶発振器はその一つです。 昔々は真空管でしたがそんな時代ではなくなっています。半導体が主役です。

 いまでは水晶発振に集積回路:ICを使うことも増えましたが、トランジスタ1石〜2石のシンプルな回路で済ませるのも好みです。 できたら発振周波数に対応する部品定数を決めてしまい、回路の定型化を進めたいと思っています。

 発振用のデバイスとしては「ごく普通のトランジスタ」(BJT)のほか、「電界効果トランジスタ」(FET)も選択肢です。写真はRF用MOS-FETの2SK544Fでオーバートーン水晶発振器を試作しています。水晶発振子は12.8MHzのもので7次オーバートンで89.6MHzを得ています。

オーバートーン発振回路
 左図はオーバートーン水晶発振回路です。

 図は発振回路の一例であり、FETを使っています。 発振の”モード”は「基本波モード」のほか、基本波の奇数倍の周波数が得られる「オーバートーン・モード」があってどちらでも動作します。 発振の「次数」(=発振周波数)はドレイン側同調回路の共振周波数に依存します。

 ありきたりの「基本波モード」では主にBJTを使ってテストしました。 発振周波数によって部品定数を選ぶ必要がありますが概ね定型化できています。 FETを使った回路にもメリットがあります。

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 実験を始めるにあたり手元の資料で水晶発振回路の実例を調査しました。 メーカー製の機器では入手性や安価という理由から2SC1923(一例)と言ったありきたりの高周波用BJTを使う例が多かったです。 そのため、まずはBJTで始めましたのですが、むしろ2SK241(一例)のようなFETを使う回路にメリットを感じました。(左図)

 水晶発振器にFETを使うメリットは「外付け部品数の少なさ」が挙げられます。 図のように少ない部品で容易にオーバートーン発振できるのです。(もちろん基本波発振にも使える) このシンプルさはかなりメリットでしょう。 The essence of beauty is simplicity.....

 またBJTを使った発振回路よりも「良い発振波形」が得られます。 「良い発振波形」なら高調波などスプリアスが少ないわけです。 BJTでも良い波形は可能なのですが、回路的な工夫や製作後の調整が必要になります。 FETなら無調整でも良い発振波形が得られ易いのです。

7次オーバートーン波形
写真はオーバートーン発振の実測波形です。

 これはうまく発振している様子です。基本波が12.8MHzの水晶発振子て7次のオーバートーン発振をさせています。

 確実な部品・・・特に発振子ですが・・・を使って製作すればうまく発振します。しかし測定器を使った確認はぜひとも行なうべきです。とりわけオーバートーン発振では必須でしょう。具体的に言えば高次発振の場合、次数を間違えると言ったトラブルが起きやすいのです。ただし実験が済んで使う部品と回路が確定すれば回路としての再現性は悪くありません。

 この例はアナログなオシロで観測していますがデジオシで大丈夫です。さらに慣れてくればスペアナ(スペクトラム・アナライザ)も良いでしょう。 もちろんTiny SAも役立ちます。ダイオード検波の「RFプローブ付き」の電圧計と併用すればアマチュア向きで便利な実験ツールになります。高周波回路だから高級な測定器が必要なのだという訳ではありません。

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 水晶発振回路の詳しいことは次回以降のBlogで予定します。 いったん発振回路の実験は脇に置いて、発振器で重要な高周波用電界効果トランジスタ:RF用FETについて検討します。実験を進める過程でFETの性能差がかなり感じられたためです。

 あわせて2026年現在入手可能なもの(RF用FET)を紹介しておきたいと思います。 RF回路に使うFETについては2010年ころ扱いました。(→リンク) しかし年数の経過で入手状況は大きく変わりました。あらためて扱う必要を感じています。 なお3SKタイプの2ゲート型MOS-FETについては既に扱い済みです。そちら(←リンク)を参照してください。

 これ以降は高周波回路(RF回路)の製作をされるお方向きです。興味がなければ時間が勿体ないのでお帰りがお奨めです。  自家用の製作情報としてまとめまています。とうぜん目的や意図が異なれば意味も変わります。参照される際はご留意ください。

代表的高周波用FET:2SK19の系譜
 2SK19は高周波用(RF用)として登場した初期のFETです。1960年代末には誕生していました。

 このBlogでは頻繁にRF用FETが登場しています。 だいたい定番は決まっています。たとえば接合型FET(J-FET)なら2SK19や2SK192系を使います。
 帰還容量:Crssが問題になる用途では、2SK241/439/544系が定番でしょう。
 また稀にゲート接地型アンプが必要で、2SK125やJ310を使うことになります。いずれのFETもまだ十分に使い物になる性能があって手持ちがあればRF回路の製作に役立ちます。

 しかしこれらのほとんどがディスコン(Dis-continue:継続しなの意味で廃止品種を意味する)になってしまいました。 まだ何とか手に入るものもありますが、価格は上昇傾向ですし、いずれまったく入手できなくなるでしょう。 オークションに登場するかも知れませんが、大した性能でもないFETに高額を支払う意味など感じませんし・・・。

 写真の面実装型:2SK210Yですら廃止品種ですから高周波用FETの前途はなかなか厳しいのです。 2SK19がなければ2SK192Aを使って下さいとはもう書けません。かろうじて手に入りそうな2SK210を使う前提で基板設計するか、変換基板に実装して使うことになるでしょう。

外国製RF用J-FETが登場している
 写真はBF256BとJ211で外国製(フェアチャイルド社)の高周波用(RF用)FETの例です。

 2SK19/192Aなき後を埋めるように、外国製のRF用FETがパーツショップに登場しています。 BF256Bはしばらく前から売られており、2SK19のように単純な構造のRF用FETを代替できるものです。 また最近になって手に入りやすくなってきたJ211も同じように使えます。 なお、「J」と付いていますがP-ChのFETではなくて、N-ChのJ-FET(2SKタイプ)です。 内部の構造が国産各社のRF用J-FETと少し違うらしく出力容量:Cossが小さいためドレイン側の同調容量をやや大きくする必要があるようです。実験すると2SK19,etcとちょっと違いを感じます。

 これはオーバートーン発振回路のような〜70MHzあたりを扱っている際の違いです。30MHz以下と言ったHF帯ではさしたる違いはありません。従って2SK19/192A,etcの代替として十分役立ちます。 国産各社のFETと足の並びが違うので確認を要します。(写真参照) なお、BF256とJ211はドレインとソースの電極を入れ替えてもまったく同じように動作するという特徴があります。

備考:オーディオのような低周波回路にも使えますが、RF用なのでドレイン耐圧が低くて回路構成上だいぶ不利です。 オーディオ・アンプにはそれ用に作られたJ-FETが無難でしょう。 もちろん無線機のマイクアンプくらいでしたら何の問題もありません。

RFデバイスの歴史は低帰還容量化の歴史
 左図は低帰還容量デバイスの断面構造です。

 小信号用のFETは2SK19のような単純な構造のJ-FETから始まりましがRFアンプではドレイン・ゲート間の帰還容量:Crssが問題になったのです。
 低周波では気になりませんが高周波ではCrssが大きいとアンプが自己発振してしまいます。 発振対策が必須で、中和回路で帰還を打ち消したり2石使ってカスコード・アンプにして使うといった面倒がありました。

 その対策として帰還容量を減らし高周波で使いやすくしたのが3SK35(一例)と言った2ゲート型MOS-FETです。 ただしこれにも第2ゲートの部分に外付け部品が増えると言った欠点がありました。これら3SKタイプの2ゲート型MOS-FETについては既に扱い済みです。そちら(←リンク)を参照してください。

 同じように低帰還容量を目指して登場したのが内部カスケード型J-FETです。こちらは3端子型です。(図右) 国産でこの構造はNEC日本電気の2SK49が始まりのようです。 その後登場した東芝の2SK61でポピュラーなRF用FETになりました。 2SK61はさらにパッケージ小型化の2SK161へと改良され、面実装型の2SK211に引き継がれました。 いずれも内部のチップは同じものです。

 使う上での注意はサブストレート・ゲート(図を参照)がソース電極に結ばれている点です。ソース接地型のRFアンプには最適ですが、ソース・フォロワやゲート接地アンプ(GGアンプ)に使うと良い性能が得られないことがあります。使えないわけではありませんが、それぞれの回路に適したデバイスに置き換えた方が有利です。

内部カスケード構造のJ-FET
 写真は内部でカスケード接続になっているJ-FETの一例です。 2SK212-Dは2026年5月のいま現在、入手容易なものです。

 2SK61や2SK161はだいぶ前からディスコンなので入手先は限られます。一時期流行ったのですが流通在庫がわずかに残るのみでしょう。 写真の2SK212-Dは同じ構造のカスケード型構造のJ-FETです。最近になって入手しやすくなっています。 この構造のJ-FETはディスコンがほとんどなので同じく流通在庫品なのかもしれません。将来性には懸念があると思います。

 2SK241系のRF用MOS-FETが入手しにくいので代替として検討してみました。 手に入るものはIdssが小さな-Dランク品なので少々gmが低いのが弱点です。しかし少ないドレイン電流の割に良い性能でした。 100MHzあたりまでのRF増幅用として満足に働きます。〜60MHzくらいまでのオーバートーン水晶発振にも適当した。 もちろん中和回路など不要で2SK241の代用として多くの回路で同じように使えます。 2026年5月現在、性能からみて安価で有り難い存在のJ-FETです。 未評価ですが2SK212と類似特性の2SK315(-E,-F)が中華通販で見つかります。

 写真にありませんが松下・Panasonicの2SK606-Sも内部カスケード構造のJ-FETです。 手持ちはIdssランク-Sなので潜在的なgmも大きくて〜100MHzのオーバートーン発振回路に適当でした。RFアンプでも高ゲインが期待できます。一時期ディスカウントされていたときに入手したものです。活用例は見ませんが持っているなら使って損のないJ-FETです。(ディスコン品です) 同社の2SK607は面実装型です。

内部カスケード構造のRF用MOS-FETs
 写真は内部でカスケード接続になっているRF用MOS-FETです。

 上で紹介した内部カスケード型のJ-FETと同じ時期に生産されていたのでMOS型の方が決定的に有利という訳ではないのでしょう。
 しかし、正方向のゲート電圧が許容できるなど使いやすさの点ではMOS型の方が有利なように感じます。 また同じようなIdssではMOS型の方がgmが大きいのがわかります。従ってオーバートーン発振ではJ-FETよりも有利でした。

 欠点は1/fノイズが大きいことにあります。 1/fノイズは特に低周波で大きくなるので低周波アンプやVCOでは要注意です。これらの用途には単純な構造のJ-FETあるいはカスケード構造のJ-FETがローノイズなので良い選択です。(2SK241は1/fノイズの発生源用デバイスとして使われるくらいですので・・・)

 これまでのところ国産品のみが流通しています。リード線タイプでは写真の3種類がポピュラーです。 2SK241や2SK439は既に姿を消し、2SK544だけが2026年の現在でも入手できます。同じように使えますから取りあえず支障はないでしょう。

2SK241互換のSMD型FETs
 表面実装型(SMD型)で2SK241と互換のFET。

 世の中の電子機器は小型化と生産の効率化を追求しています。そのため表面実装で組み立てられるようになりました。 リード線付き部品のニーズが無くなれば廃止されるのは運命でしょう。前項で扱った2SK241,etcはいずれも廃止対象です。

 それに代わって内部の半導体チップはまったく同じで表面実装型が登場しています。 2SK302と2SK882はいずれも2SK241の面実装型です。 2SK302はTO-236型パッケージなのでやや大きくてピンピッチも1.9mmと扱いやすいのですが、より小型の2SK882に移行しているようです。

 いずれもそのままリード線付きのように扱うのは難しいので、基板設計して面実装型として使うか、あるいは写真・中央の囲みのように変換基板に実装する必要があります。
 パッケージが小さいため規格的には最大ドレイン損失が小さくなっています。しかし小信号増幅回路で使いますのであまり支障はないでしょう。

 ドレイン電流をたくさん流すと言った使い方をするならドレイン側のランド・パターンを広くとって放熱を改善すると言った対策が有効です。 リード線のない(短い)面実装型(SMD型)デバイスは高周波的にかなり有利です。 同じ回路ても面実装化で性能の向上が期待できます。 変換基板に実装したチップはリード線付きと同じように使えます。

GGアンプ用FETs
 写真はゲート接地型RFアンプ用に作られたFETです。 High-gmに作ってあり、入力インピーダンスがライン・インピーダンス:75Ωや50Ωに整合しやすいよう作られています。Idssが大きいのも特徴です。

 携帯電話だけでなく、無線機器もフルIC化が進んだため、ディスクリート部品(個別部品)でRFアンプを作るケースも減っているはずです。従っていずれディスコン化するかも知れませんが、写真のようなゲート接地型RFアンプ用のJ-FETが作られていました。

 50MHz〜430MHzと言ったV・UHF帯のRFアンプ用に最適です。Idssが大きいことから内部抵抗が低くて、電流容量も大きいのでスイッチングタイプのミキサ回路にも好んで使われるデバイスです。

 オリジナルはシリコニックス社のU-310/E-310/J-310で、2SK125は同じ用途を狙って開発されたSONY製です。NECの2SK518はAMラジオ用となっていますが、同じような目的に使えるはずです。(2SK125、2SK518はディスコン品)

 高性能な受信機用としてRFアンプやミキサ回路の用途もあるので有用なデバイスですがリード線タイプはディスコンになったようです。 面実装型のMMBFJ310(SOT-23パッケージ)でしたら入手は容易です。基板設計派はこちらを使うのが良いでしょう。

                   ☆

 水晶発振回路を実験していたのであってFETの比較・評価は目的ではありませんでした。しかし用いるFETによって発振性能はずいぶん違うのです。そこで手元にあった各種のFETについて実際に評価・比較することにしました。
 以下はRFアンプでの直接比較ではありませんが、測定結果はRFでの性能と相関性が見られます。 従って測定容易な低周波でのテストではありますがFETの活用に当たって有益な手掛かりが得られています。 メーカーのデータ・シートでも1kHzでの評価値はよく見られます。

gm測定回路
 左図は小信号用FETのトランスコンダクタンス:gmの測定回路です。

 負荷抵抗を100Ωと低くとってストレー容量によって周波数特性が劣化しないよう考えられています。 メーカーの規格表に載っているgmも類似の回路で測定しているはずです。

 測定周波数は1kHzです。またドレイン電流はIdssで測定しています。そのためFETによる違いだけでなく、同型番のFETでもIdssランクによる違いが明確にわかります。 なるべく小さな信号(入力で100mVpp)にて測定し、波形ひずみが影響しないよう注意しました。

 低周波アンプとしてのゲインを測定し、ゲインから計算でgmを求めています。 負荷抵抗の大きさが100Ωと小さいため、アンプとしてのゲインはマイナス〜1倍少々しかありません。信号を大きくする目的のアンプ回路ではなくて、gm測定のための回路です。

gm測定結果
 左表は各種のFETについてgmの実測値をまとめたものです。
 gmの単位はS:ジーメンスで昔の単位で言えば℧:モー/mhoと同じです。 なお1mS(1ミリ・ジーメンス)=1000μ℧ですから、真空管と比べてどのFETもかなりHigh-gmなことがわかります。 真空管では難しかったような高次オーバートーン水晶発振がFETを使うと易々と可能な理由でもありましょう。(笑)

 表はパーツボックスから出てきたものを順に測定して並べただけですから、順番は意味を持ちません。

 単純な構造の古くからあるようなFETはあまりgmは大きくないことがわかります。 対して、内部カスケード型MOS-FETはどれもgmが大きいのです。 オーバートーン水晶発振では高次になるほどアンプとしてのゲインが必要になることから、実験で感じた通りMOS構造のカスケード型FETが有利なことが実証できました。

 内部カスケード型J-FETでは最も新しいタイプと考えられる2SK606(-S)が優れていて、これは実際に使っていても実感できました。 同じ内部構造の2SK212(-D)はIdssが小さいのでgmも小さくて高次のオーバートーン水晶発振は苦手です。 おなじオーバートーンでも3次なら可能なので、高い周波数が必要なら基本波の周波数が高い水晶発振子を使うと発振容易です。 これはgmが小さめの単純な構造のJ-FET・・・2SK19や2SK192Aにも当てはまります。

 発振回路の消費電流を抑えつつ、高い周波数のオーバートーン水晶発振をさせるには小さめのIdssでgmの大きなFETを選ぶのが適当でした。 また、なるべく低次のオーバートーン発振で済ませる方が容易であり実用上は5次までが無難です。 事前にテストして水晶発振子を選んでやれば7次までが実用上間違いなさそうでした。

 いずれにしてもFETを使う水晶発振回路は100MHzまでの発振が適当で、100MHz以上ではfTの極めて高い超高周波用のBJTを使った高次オーバートーン水晶発振回路を選択する必要があります。 それ以下の周波数なら周辺部品の数が少なく済むFETを使うメリットは大です。 発振波形も良好です。

                    ☆

 年初の頃からゆっくりしたペースで水晶発振回路の定番を探っています。 今回はその一環として発振用デバイスとしてのFETについて検討してみました。 この先の水晶発振回路の検討に反映させるつもりです。
 内部カスケード型のFETはJ-FET型、MOS型のいずれも帰還容量が小さいうえ、ハイゲインですからRF用として使いやすいデバイスです。 発振回路だけでなく一般の高周波増幅器(RFアンプ)への適性も大です。 従来からHF帯で何気なく無造作に使ってきた回路&部品ですが悪くない選択だったことがわかりました。
 また、消費電流を厭わない用途なら、専用デバイスを活かしたゲート接地型増幅器(GGアンプ)も優れています。

 さて、RF-FET 2026年版はいかがだったでしょうか? 何れにしてもFET,etcを適材適所に使ってこの先もRF回路を楽しみましょう。 ではまた。 de JA9TTT/1

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(おわり)fm

2 件のコメント:

T.Takahashi JE6LVE/JP3AEL さんのコメント...

加藤さん、おはようございます。

自作で多用したRF用FET、今見るとほとんどディスコンになってるんですね。
まあ有名どころは30年以上前からありましたから当然なのでしょうけど、月日が経つのは早いものです(笑

個人的にはパーツボックスに古のFETのストックがまだまだありますので、使い切るのと自分の寿命との競争になりそうです(爆

TTT/hiro さんのコメント...

JE6LVE/JP3AEL 高橋さん、おはようございます。 今朝は快晴の北関東です。ちょっと風が強いですね。

さっそくのコメントありがとうございます。
> ほとんどディスコンになってるんですね。
はい、もうディスクリート部品全般にディスコンだらけですね。

> 使い切るのと自分の寿命との競争に・・・
おなじく、時間との競争状態です。(笑) コレは良さそうと思っても無闇に買い込むのはやめにしていますよ。

振り返ってみると年月が過ぎるのって早いですね〜〜。