買い込んだ部品は使ってこそ活きます。 地味なテーマも下地となってデバイスの活用に繋がります。以下は暇つぶしにもならない内容でしょう。
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このBlogのメインテーマは『無線通信』なので来訪者はHAMやラジオに興味を持つ人です。 写真の『小信号用接合型電界効果トランジスタ：Small Signal J-FET』も高周波(RF)用を選びました。 オーディオ用のFETもテストしましたが省略します。 以下RF用J-FETを例にしますが、差動形式のアンプを多用するAudio系で有用性があるでしょう。話しの中身はRF用FET限定ではありません。Audioに興味をお持ちのお方も良かったらご覧ください。
例によって自作に興味のない人には退屈でしょう。 ラグチュー用のネタにもならないと思いますが、ちゃんとわかっていない「受け売り」はすぐ馬脚が現れます。お空の話題も気をつけないと。（笑）
参考：RF用J-FETの互換と入手の情報：
（１）2SK19及び2SK19TMは廃止品で、代替品は2SK192Aです。Idssランクを合わせればそのまま代替できます。2SK192AはIdssランクYが秋月電子通商にて1個40円です。GRランクは販売終了したようです。(2015.12.20現在）他にも通販しているお店があります。（例：e-エレとか）なお、用途如何ですが2SK241→2SK192Aの代替は適当ではありません。逆に2SK192A→2SK241は代替可能なケースが殆どです。 ただしMOS構造の2SK241を低周波回路に使うのはノイズ特性から見て不適当です。オーディオアンプのような低周波回路には可聴域のノイズが少ないJ-FETの方が向いています。古典的ですが2SK30Aなどが代表的でしょう。
（２）J310(=J310Gも同）は、2SK125の代替品です。逆も可能なのでJ310は2SK125で代替できます。ただし2SK125とJ310の足の並びは違います。 回路によっては2SK19、2SK19TM及び2SK192AのIdssランクBLで置き換えできます。窮余の策として覚えておくと役立ちます。 J310(G)は秋葉原や日本橋では見ないので通販で買います。纏め買いならRSオンライン、Digi-Key、MOUSERなどの国際通販業者が良いでしょう。（時々品切れあり）ほかに購入経験はありませんがAmazonで小口販売している個人もあるようです。
いずれも表面実装型の互換品（←一例のリンク；MMBF J310）が登場しています。基板設計まで行なう人はそちらを使うのもこれからの行き方でしょう。
備考：関連のBlog記事：RF-FETs（←リンク）
重要：このBlog記事は2015年ころの状況に基づいて書かれたものです。部品の供給状況は時々刻々と変化しており年数の経過により現況を示してはいないと考えられます。内容を参照される際は必ず現在の状況も調べることをお奨め致します。(2017.12.01)
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静特性の基本は左図の伝達特性です。 ゲート電圧とドレイン電流の関係図です。 図はここで扱っているディプレッション型FETの例です。 エンハンスメント型でもカーブの形は同じです。ただし第１象限に来ます。
参考ですが、エンハンスメント型はVgs=0Vではカットオフするのでドレイン電流はゼロであり、Idssの概念はすこし違います。スイッチング用のパワーMOSに多くて、小信号用のMOS-FETにも幾つか存在します。たとえば2N7000がそうです。
☆ここでは、小信号用の接合型FETであって、ディプレッション型を対象にします。
図から、ピンチオフ電圧：Vpとゼロバイアス・ドレイン電流：Idssがわかれば、任意のドレイン電流に於けるゲートバイアス電圧がわかります。バイアス回路の設計ができる訳です。 Idssは過去のBlog（←リンク）にあるように、ごく簡単な実測から求めることができます。
ピンチオフ電圧：Vpは可変電圧電源と高感度電流計で実測できます。ただし次項の測定回路：Vpチェッカを使うほうがずっと容易です。 このようにIdssもVpも簡単に求まるので自作回路の設計には測定して求めておくと便利です。（参考：1μAが読める高感度電流計はたいへんデリケートで扱いが難しいため、Vpチェッカを使うのがお奨め）
ピンチオフ電圧：Vpと言うのはドレイン・ソース間に所定の電圧（一般に10Vが多い）を掛けた状態でドレイン電流が流れなくなった時のゲート・ソース間電圧：Vgsです。
ただし、この「流れなくなったとき」と言うのが問題です。 ドレイン電流が完全にゼロになるポイントを見いだすのが難しいからです。 電流計が高感度なら、どこがId=ゼロなのか判定困難です。
従って、半導体メーカーはId=1μAとか、10μAになったときの・・・と言うような条件を付けてVpを規定しています。ここではId=1μAになる時のVgsをVpとしました。実用上はこれで十分です。
【応用測定】
Id=1μAのときだけでなく、R1の値を変えれば、任意のドレイン電流に於けるゲート電圧：Vgsが実測できます。 抵抗値はR1=15/Id（Ω）です。 Id=1mAとすれば、R1=15kΩになります。 Id=5mAなら3kΩです。 そのようにすれば任意のIdにおけるVgsが求まります。 なお、Idss以上の電流はゲートが正にバイアスされるのでJ-FETの場合は旨くありません。 Id < Idssの範囲にします。
ドレイン・ソース間電圧；Vdsの影響もあるので、必要なら電源電圧Vcc+15Vを変更します。特別低い電圧にしたい時は、OP-Ampの電源とは別にVds用電源を用意します。 ここでは、Vds=15Vに於ける値を測定していることになります。
（参考資料：「精選アナログ実用回路集」稲葉保著・CQ出版社ISBN4-7898-3142-6、1991）
十分な実用性がありそうなら恒久的な治具として纏めるつもりです。取りあえずブレッドボードで試作しました。
ごく簡単なので、すぐに作れるます。 上記の説明のように、任意のドレイン電流に於けるVgsを実測するにはR1を可変あるいは切換えできた方が良さそうです。
また、ドレイン電圧：Vdsも独立に与えられるようにしておくべきだと思いました。 恒久的な治具に作る際には考慮しましょう。
一般的なOPアンプで十分ですが、Vpの測定状態に於けるFETのドレイン電流：Idは1μAといった小さな電流ですから、入力バイアス電流：Ibが小さなOPアンプを使います。
バイポーラトランジスタ入力形式の358系や4558系のOPアンプはワーストケースではIb=0.1μAとか0.5μAです。 -50〜-10%と言った大きな誤差を生じる可能性があって適当ではありません。
FET入力型のOPアンプならバイアス電流は数nA(ナノアンペア：0.001μA)以下、普通はpA（ピコアンペア：0.001nA）なので十分な性能です。ここではBi-MOS型のCA082E/RCAを使いました。25℃に於けるバイアス電流は40pA(max)なので十分小さいです。回路図通りBi-FET型のTL082CPでも良くて他にTL062CP、TL072CP、LF353Nなども適しています。
注：OPアンプのオフセット電圧：VosがVpの誤差になります。Vosはわずかに数mVですがもし気になるならオフセット調整を付けます。 VosはCA082Eでは標準で3mV、最大6mV(いずれも@25℃）です。普通は被測定対象のFETにバラツキや温度による変化が存在するので精密さはあまり要求されません。従ってオフセット調整はいらないでしょう。 補正するなら誤差の分を実測しておきあとから数値で差し引いても良いです。
2SK192A（東芝）は高周波用のJ-FETとしてたいへんポピュラーです。 2SK19あるいは2SK19TMの直接的な代替品種です。
型番の末尾の「A」は改良型を意味します。 ソース接地型RFアンプでは中和不要の内部カスコード型FET、例えば2SK241や2SK544に主役の座を譲った感じです。 しかし、2SK192AもソースフォロワやLCあるいは水晶発振回路には適しているので、幅広く活用できます。
今はまだ多くのお店で入手できますがリード線付き部品は廃止方向です。将来にわたって入手可能とは言えません。 しかし2SK19、2SK19TM、2SK192Aを代替できるJ-FETは国産はもとより海外製も多数あって特に困らないと思います。 秋月電子通商にて安価（単価20円）で販売されているBF256Bも2SK19、2SK192A（GR相当）の代替品として問題なく使えます。 各FETのId-Vgs特性の違いはソース抵抗：Rsを加減してやれば吸収できます。所定のドレイン電流になるように合わせてやればOKです。
以下、代表としてJ310(G)を選んでみました。同様の活用は他のRF用FETでも可能です。 J310に限ったものではありません。実際、メーカー製無線機でも2SK19をマイクアンプに使った例があって、どのJ-FETも様々な用途（汎用）に使えます。
J310は同じRF用でも2SK19シリーズとは少し毛色の違ったJ-FETです。 本来の開発目的であるゲート接地型RFアンプに使われるのが殆どです。しかし本質的には他のJ-FETと同じものですから、例えばソース接地型のRFアンプやソースフォロワとして使うこともできます。もちろん各種の高周波発振回路にもうまく使えます。
ゲート接地増幅回路（GGアンプ）への使用例が多いのは、そのように使うと入力が75Ωにマッチングするよう作られているからです。 概略値ですが入力インピーダンス：Zi=1/gmなので、2SK19などよりもgmが大きく作られています。 マッチング回路なしに75Ωに直結するには高いgmが必要なのです。それは同時にドレイン電流がたくさん流れる特性なのでIdssも大きくなっています。 50Ωにマッチングさせるには、選別してgmが大きいもの（=Idssが大きいもの）を選ぶか、2個並列にしてドレイン電流：Idを加減します。
将来対応としてJ310Gを少し纏めて買っておいたので、ゲート接地以外の活用も考えておきたいと思います。 深いバイアスを掛けてドレイン電流を小さくした使い方も検討しておきましょう。上手に使えば汎用のRF向きFETとして活用の幅が広がります。
なんの変哲のない低周波(AF)アンプです。FETを使った増幅回路の基本です。 実測Idssが約40mAのJ310GをId=1mAで使っています。 従って深めのバイアスを掛ける必要があり、ソース抵抗：R2は大きな値になります。
参考：回路に於いてドレイン電流：Idを決めたら、R2の値は実測により求めておいたVpとIdssから、以下の式で計算することができます。ただし、概略値なので調整を要します。
Rs=-Vgs/Id=(-Vp/Id)・(1-√(Id/Idss))・・・・（式1）
このように、深めのバイアスを掛ればIdssが大きなJ-FETでも小さいドレイン電流で使うことができます。 深いバイアスを掛けた副作用でそのまま電源電圧が下がるとすぐカットオフするのが弱点です。従ってVds=3Vくらいの低い電圧で使うには再設計を要します。（作ってからソース抵抗を加減するアマチュア的手法も現実的です・笑）
VHF帯でノイズが小さいことは保証されていますが、低周波でもローノイズなのかは検討を要します。 しかし一般的にJ-FETのノイズは少なくて音色もバイポーラ・トランジスタ（PNPやNPNのTr)よりもソフトなので低周波回路への適性があります。 J310Gのドレイン耐圧はあまり高くないので本格的なオーディオアンプにはやや向きませんが、HAMのRig用なら支障ありません。マイクアンプなど低周波回路にも幅広く使えます。
見ても仕方が無いでしょうが、一応こんな感じに試作しました。 ゲインは20倍（=26dB)くらいです。 計算からJ310のgmはId=1mAの時：gm=3500μ℧くらいです。
この設計ではドレインの抵抗：R1が高めなので高周波特性は望めませんが低周波増幅には十分です。 このほかFET検波に使うことも可能で、もう少し深めのバイアスを掛けてゲート検波します。 少ないIdでもgmがあまり低下しないため再生も良く掛かります。 GGアンプ用に作られたJ310にもかなりの汎用性があって、各種発振回路や再生検波のような目的にも問題なく使えます。
参考：はじめからマイクアンプのような低周波増幅を行ないたいなら、2SK30ATMなどの低周波増幅用J-FETが使い易いです。 ここでは手持ちを活用する意味でRF用J-FETを試しています。新たに購入するならその用途に向いたデバイスの方が有利です。
例によって見ても楽しくない正弦波でしょう。（笑）
低周波発振器から信号を与え、ドレイン側の出力を観測しています。実験なのでアンプの負荷インピーダンスは高いと言う想定です。 J-FETの伝達特性は二乗特性なので、偶数次の歪みは多いでしょうか？
写真では顕著にわかりませんが、動作点あるいは、FETの品種によっては上下非対称な波形が見られることがあります。 FETを使ったアンプは無帰還で大振幅を扱うと2次歪みが目立つので注意が必要です。 バイポーラトランジスタの伝達特性は指数関数的なのでもっと歪みっぽいと言う意見もありますが、ベース電流：Ibに対するコレクタ電流：Icのリニヤリティは優れている物が多いので要は使い方なのでしょう。
せっかくなので、上記波形のスペクトラムを観測してみました。 無帰還アンプですが2次高調波は-46dBですから、歪み率で言えば0.5%程度です。 なるほど、オシロの波形観測では綺麗な正弦波に見えた訳です。
やはり、3次高調波よりも２次高調波がずっと大きいのは理屈通りです。 理想的には奇数次高調波は出ない筈ですが、現実は完全な二乗特性ではないのため奇数次高調波も僅かに生じます。 それでも奇数次は少ないのでRFアンプにFETを採用すると混変調特性が向上します。 FETはこれからもRF用のデバイスとして有用で有り続けるでしょう。
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J-FETの動作点を机上の設計で厳密に決めるのは難しいのです。 Idssがばらつくし、伴ってVpもバラツキが多いからです。同じソース抵抗値でもドレイン電流は２倍くらい違ってしまうのはざらです。 そのような時は実測すれば確実です。 機器の量産メーカーではそんな馬鹿なマネはできませんが、手作りの一品料理なら何でもアリです。設計精度を向上させる意味からもデバイスの実測使用は推奨されるでしょう。 J-FETはIdssとVpを「実測してから使う」と言うのを今後の方向にでもしておきます。
寒波襲来でなかなか本当の春にはなりそうもありませんが、今日、2月4日から暦の上では「春」です。 ぼちぼち梅の便りとか水仙の見頃と言う観光案内が賑やかになってきました。 昨年のような2月の大雪は勘弁してもらいたいと思います。 関東地方は積もらないのが前提で積雪には脆弱なことが実証されてしまいました。たった15cmの積雪でも覚束ないのに昨冬は一晩で70cmも積もって、なんだかんだ１週間以上も不自由が残ってしまいました。 de JA9TTT/1
（おわり）
