FETの話③ 増幅回路

実験と考察
では左の「静特性」のグラフに用いられている、IDss＝2.8mAの2SK30Aを使っていろいろ試してみましょう。

まず特性表より、Vds＝10VにおいてIDが0AになるVgsは-1.6Vです。これをゲートソース遮断電圧といいます。よってこの2SK30Aを電圧制御できるVgsの範囲は-1.6～0Vということになります。ここでもう一度特性表を見てみます。

「静特性」を見ると、Vgsが固定値であればVdsが10～50Vの範囲では、IDはほぼ定電流であることが分かります。例えばVgs＝-0.8Vの時にはID＝0.8mAの定電流になっています。Vgsの変化に対するIDは右表「ID-Vgs」から読めます。ではトランジスタの代わりに2SK30Aを使って、ゲイン＝20dB（10倍）の増幅回路を作ってみましょう。電源電圧は20V、コレクタあるいはドレインの動作点は10Vとします。

トランジスタの場合はこのように抵抗定数が決まります。では2SK30Aの場合、R1とR2の抵抗値はいくらになるでしょう？

ドレインの動作点が10Vと定められているので、IDは1mAです。「ID-Vgs」特性からID＝1.2mAのラインをたどると、Vgsは約-0.6Vです。0.2mAの誤差は大目にみていただいて、VG＝1－0.6V＝0.3Vとします。R1、R2を流れるバイアス電流を0.1mAとすると、R1＝0.3(V) / 0.1m (A) ＝3k（Ω）となります。R2＝19.7(V) / 0.1m (A) ＝197k（Ω）となります。はい、めでたくFET式ゲイン20dBの増幅回路ができあがりました。

ところがギッチョン
シャンシャンと締めたいところですが、実はFETの場合そうは問屋が卸してくれないのです。トランジスタはICの大きさにかかわらずVbeはほぼ0.7Vですが、FETのVgs-ID特性は1次関数に近い特性をしています。この増幅回路に用いた2SK30Aの場合、Vgs＝-0.8Vの時はID＝0.8mA 、Vgs＝-0.4Vの時はID＝1.6mAとほぼ正比例になります。つまりIDに比例してVgsが変化することがゲインに作用し、結果的にはソース抵抗1kΩの場合は（VSが入力信号電圧のほぼ1/2になり）ドレイン抵抗を10kΩとするとゲイン14dB（5倍）になります。

ほ～、これはすごい！つまりゲイン20dBとするためには、ドレイン抵抗をソース抵抗の20倍にするのが答えということですね。

＊14bB＝5（倍）を求めるのは簡単です。20dB(10)－6dB(1/2)＝14dB(10×0.5＝5)です。

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