使用素子の知識、選択基準と正しい使い方:高ft素子(高周波用)

NFBのゲインクロスを10MHzより高くする場合、高域特性の限界で示したように増幅素子のft(トランジション周波数)はその10倍以上の値を必要とします。
したがって、なるべくftの高い品種を選びたいが、増幅素子単体のゲインと位相特性で触れている通り、高周波用途のトランジスタは低周波用途で必要な高hFE、低雑音、高耐圧の特性とは両立せず、オーディオ用のアンプでは非常に使用できる箇所が限定されます。

高ft素子で最も影響が大きいのが耐圧で、ベース走行時間を早めるためにベースを薄くすると耐圧が犠牲になる。

右の図は代表的な品種のVce耐圧とftの関係をグラフ化したものですが、定格ftで1GHzを超える物は耐圧40Vを超えるとほとんどない。(わずかに数品種が突出した位置にあるが、入手不可能)

数値だけを見れば、NFBゲインクロスを50MHzまで伸ばしたい場合ft=500MHzで良いので100V以上の品種もありそうだが、定格のftは数10mA以上のかなり大電流を流した場合であり、実際に使う電流値(1~5mA)ではftの値はかなり小さくなってしまいます。

小電流(1mA)でのftの値をカタログから読みとったのが次のグラフで、1mA時にftが300MHz以上の品種は耐圧40V止まりなのが分かります。(唯一の60V耐圧はA1433/C3504)

1mAで1GHzを超えるのは耐圧12V以下の高周波用のみで、カスコードを使って印加電圧を数Vに下げれば何とか使えますがカスコード石のftが低いと不安定になるので高くても1GHzクラスの方が使いやすい。

ハイパワーアンプで使う300V以上の品種は1mA時ftは40MHz以下なので、少し電流を増やして実効ftを上げないといけない。250V耐圧までなら数mAで100MHzを超えて来るのでゲインクロス10MHzでも安心して使えます。

高耐圧素子の所で説明したように、無理にftの高い素子を使うと薄いベースでコレクタ出力インピーダンスが下がり、大振幅時の歪が劣化します。オーディオ帯域ではやみくもに高ft素子は使わずに定格ftで100~200MHz程度の物が性能的にバランスが良い。
(低雑音用のA970/C2240でも1mA時ft=100MHzなので120V耐圧では決してftが低いわけではない)

●高耐圧品種(Vceo>120V)

高耐圧でかつft>300MHzの品種。入手性の良い物だけをピックアップしました。
価格は2025年3月時点での市場最安値。NECのは耐圧が高い分Cobは大きめ。その他は三洋の独壇場ですが、電流容量の大きな物は小電流でのftは小さくなります。

メーカーPNP / NPNVceoIc(mA)Pc(W)ft(MHz)@mACob(pF)外形価格\
NEC2SA1546/2SC40012501001.3300105/3.5To-12664/110
三洋2SA1406/2SC36002001001.2400102.3/1.8To-12688/88
三洋2SA1407/2SC36012001501.2400103/2.5To-126264/331
三洋2SA1476/2SC37822002001.5400103.1/2.6To-220220/198
三洋2SA1540/2SC39552001001.3300102.4/1.9To-126132/132
三洋2SA1541/2SC39562002001.3300103.2/2.7To-126196/55
三洋2SA1404/2SC35981202001.2500102.7/2.0To-126165/178
三洋2SA1405/2SC35991203001.2500504.3/2.9To-126242/154
三洋2SA1538/2SC39531202001.3400102.8/2.1To-126110/132
三洋2SA1539/2SC39541203001.3400504.4/3.1To-126154/132


●中~高耐圧品種(60V<Vceo<110V)

日立の高ft品種は入手困難。松下もPNP側が市場に出ていない。(C1360はhFEが低い)
三洋のA1433/C3504以外は大電流用途で、1mA時のftは100MHz前後になります。

メーカーPNP / NPNVceoIc(mA)Pc(W)ft(MHz)@mACob(pF)外形価格\
日立2SC53901102001.4>1000103.5To-126FM入手困難
日立2SC47081002001>800106To-126FM入手困難
東芝2SC44791005001.511001005To-126198
松下2SA1487/2SC1360A85/60501500102.7/1.5To-92L--/33
日立2SA1960/2SC5225803000.631300/1400502.9/3.0To-92入手困難
三洋2SC4563805001.31200504.4To-126FM108
三洋2SA1537/2SC3952705001.3700505.4/3.6To-126FM127/154
三洋2SA1536/2SC3951703001.3600503.1/2.4To-126FM264/99
三洋2SA1403/2SC3597605001.2800505.2/3.4To-126132/88
三洋2SA1433/2SC350460500.9700101.7/1.5To-92L75/66
三洋2SA1402/2SC3596603001.2700503.0/3.0To-12633/154


●中耐圧品種(30V<Vceo<45V)

電流定格が200mA以上の品種は1mAでのftは200MHz以下。それ以外の小電流用は1mAでftは300MHzを超えます。30~40Vクラスで1GHzに達するのは2SA711だけ、C1412は入手不可。
このグループはいずれもCobが小さく、±20VまでのOPアンプ的な用途の電圧段用に使いやすい。

メーカーPNP/NPNVcboVceoIc(mA)Pc(W)ft(MHz)@mACob(pF)外形価格\
東芝2SC3835045500.345051.5To-9244
富士通2SC141245401500.61500402.5To-5 can入手困難
NEC2SA71150401000.31000102.5To-18 Can286
NEC2SC11895040300.25850100.5To-92110
日立2SC9174040500.3800101To-18 Can165
東芝2SC3824040500.2580021.1To-9233
東芝2SC8636040250.17560051.5To-18 Can286
日立2SC137640405000.3590302.7To-18 Can297
松下2SC563A4040250.35505Cre0.23To-18 Can250
松下2SC16885040300.455051.5To-9275
NEC2SA145840402000.25510102.5SST39
NEC2SA146140402000.2510102.5SC5916.5
NEC2SC373140402000.25510102.5SST39
NEC2SC373440402000.2510102.5SC5911
NEC2SA10054040300.2540011.1To-9227.5
NEC2SA12264040300.240011.1SC5911
NXPBF8404040250.253801Cre0.3SC5932
NXPBF5504040250.253251Cre0.5SC59-
ソニー2SC20093535250.2563011.4To-9275
NEC2SC13933030200.257002Cre0.35To-9255
東芝2SC23483030200.256502Cre0.3To-9288
東芝2SC19234030200.15501Cre0.7To-9210
東芝2SC27144030200.155011SC5915
NEC2SC6053030200.1548020.5マイクロディスク11


●中~低耐圧品種(20V<Vceo<25V)

耐圧が20V前後になると、ftも数GHzの物が入手できます。
4GHzクラスで数10円で、非常にポピュラーな2SC535でも1GHzに近いftを持つ。
A1224/C1253, A1723/C3950は±12V電源で50Ω負荷をドライブできます。
A983は非常にまれなPNPのフォワードAGC用で、Cobが非常に小さい。

メーカーPNP/NPNVcboVceoIc(mA)Pc(W)ft(MHz)@mACob(pF)外形価格\
NEC2SA122440252500.8250050Cre4To-5 can432
NEC2SC12604525300.2520006To-18 Can440
NEC2SC125345253000.8200050To-5 can385
NEC2SC125245253000.81700502To-5 can648
NEC2SC8524525800.51100202To-5 can330
NEC2SC12544525300.2510006To-18 Can220
NEC2SC8003025100.1100020.5マイクロディスク213
NEC2SA9833025200.2100030.5十字型128
東芝2SC15532020300.175450050.9To-18 Can入手困難
東芝2SC24992020300.3400050.9To-9233
東芝2SC30992020300.15400050.9SC5927.5
東芝2SC24983020500.33500101.15To-9266
NEC2SC295230202500.82500801.8To-5 can150
三洋2SC395030205001.32000506To-12695
日立2SC174740201000.3196020<2To-18 Can128
三洋2SA172330203001.21500505.8To-126495
東芝2SC31233020500.15140020.4SC5922
松下2SC12153020500.412002Cre1To-9255
東芝2SC3903020200.15100020.5To-18 Can44
日立2SC5353020200.194030.9To-9218
日立2SC26203020200.194030.9SC596.6
NEC2SC22233020200.1560011SC5911


●低耐圧品種(Vceo<19V)

本格的なRF用品種になり、特にftの高いチャンピオン品種以外は比較的安価に入手できます。
数GHzのTrは数cmの配線でもインダクタンス成分ですぐ発振するので、慣れないうちは下手に手を出さない方が良い。

メーカーPNP/NPNVcboVceoIc(mA)Pc(W)ft(MHz)@mACob(pF)外形価格\
NEC2SC240835181500.63500501.25To-9222
NEC2SC142635181500.82500501To-5 can420
日立2SC19073019500.31100101To-9261
東芝2SC12362015300.26500100.8マイクロディスク入手困難
NEC2SC533730152502600050Cre1.4miniPower86
日立2SC333720151000.44400501.5To-92110
NEC2SA12061515500.61800103To-9299
NEC2SA14591515500.251800103SST44
NEC2SA14621515500.21800103SC5955
三洋2SA176315152000.151000101.8SC7053
東芝2SC387A3015500.25100081.2To-9233
東芝2SC385A3015200.28008<1.5シルクハット66
NEC2SC290140152000.6750101.8To-9233
NEC2SC27593014500.15200051SC5911
NEC2SC14243014500.252000101.1To-18 Can220
NEC2SC20263014500.25200010Cre0.75To-9221
NEC2SC233825126010000300.18十字型入手困難
NEC2SA19772012500.28500200.5SC59入手困難
NEC2SC25852512650.4850070.2十字型641
NEC2SC335820121000.25700020Cre0.5十字型107
NEC2SC335620121000.2700020Cre0.55SC5920
東芝2SC50642012300.157000100.7SC594.4
東芝2SC36062012800.157000201SC5939
東芝2SC50852012800.17000201SC705.5
NEC2SC335520121000.6650020Cre0.65To-9221
NEC2SC335720121002650020Cre0.65miniPower42
NEC2SC4703251215026000502.5miniPower25
NEC2SA19782012500.25500150.5SC59入手困難
NEC2SC2570A2512700.6500020Cre0.7To-9233
NEC2SC19882512700.35450020Cre0.6To-18 Can入手困難
松下2SC31101512300.2450020<1.2SC5910
NEC2SA8002012300.252000100.9To-18 Can220
三洋2SC52762010300.211000100.45SOT23-4入手困難
NEC2SC35852010350.21000010Cre0.3SC5921
東芝2SC43172010400.159800200.65SC5922
NEC2SC40942010650.2900020Cre0.8SOT23-427.5
NEC2SC23672010800.58800020Cre0.4十字型110
日立2SC5081158500.113500200.75SC70-444
日立2SC5050158500.1511200201.1SC5944
東芝2SA1161158300.23500100.95To-9255
NEC2SC495796300.181200010Cre0.5SOT23-444


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