V-FET、横型/縦型 Mos

使用素子の知識、選択基準と正しい使い方：V-FET、横型/縦型 Mos

V-FET (SIT)
　バイポーラＴｒでは、1970年代の後半に180V耐圧の2SB554/2SD424が出るまでの間、ハイパワー用の出力石は開発が進まず100W程度の出力で停滞していました。
この状態を打破しようと高速で高耐圧が可能な静電誘導型トランジスタ(SIT)：当時はV-FETと呼ばれた：をヤマハが開発しました。1974年発売のB-1がそれで、TK-03と仮No.の付いた200V300W定格N-ch石をシングルPPで使った画期的な大出力アンプでした。この素子はその後2SK77としてP-chの2SJ27と共に品番登録されます。ヤマハはその後1976年に2SJ26/2SK76を2パラで使った８Ω100W出力のB-2を発売し、その他のメーカーも1975年からV-FETを使ったアンプに一斉に取り組み始めました。

しかし、V-FETは高価なうえに使いづらい点（電圧ロスが大きく10V位余分に電源電圧が必要で発熱が大きく出力も思うように上がらない、特性のばらつきが大きくてペア選別が困難、ドライブ回路が非常に大掛かりになる）がネックになって一時のブームはすぐに冷めてしまい、SONYを始め、NECや日立、松下も素子は開発したもののあっという間に廃品種となっています。
市場で流通しているのはSONYのが細々と出ている位で、YAMAHAのはアンプから外した中古品しかない。NEC日立は超レア。

・出力用
　YAMAHAのJ24/K78は試作で番号を予約しただけで製品化されず、J38/K98は定格不明。トーキンのN-ch石は産業用の大電力品で、100Aオーバーの数kW定格のもある。

ﾊﾟｯｹｰｼﾞ	メーカー	P-ch	Vds	Id(A)	Pd(W)	Cis (pF)	N-ch	Vds	Id(A)	Pd(W)	Cis (pF)
To-3 can	SONY	2SJ18	170	5	63	190	2SK60	170	5	63	190
To-3 can	NEC	2SJ20	100	10	100	710	2SK70	100	10	100	430
試作のみ	YAMAHA	2SJ24					2SK78
To-3 can	YAMAHA	2SJ26	200	10	100		2SK76	200	10	100	1000
大型To-3	YAMAHA	2SJ27	200	20	200		2SK77	200	20	200
To-3 can	SONY	2SJ28	240	10	95		2SK82	240	10	95
To-3 can	日立	2SJ29	140	10	100		2SK89	140	10	100
To-3 can	YAMAHA	2SJ38					2SK98
To-3P	SONY	2SJ54	210	10	95		2SK173	210	10	95
To-3P	松下						2SK500	60	10	80
大型To-3	トーキン						2SK180	600	20	300	2500
大型To-3	トーキン						2SK181	800	20	300	2500
大型To-3	トーキン						2SK182E	600	60	500	8000
大型To-3	トーキン						2SK183E	800	60	500	8000

・ドライブ用
　NEC製がコンプリで登録されているが、ほとんど流通していない。SONYのN-ch品はわずかに流通あり

ﾊﾟｯｹｰｼﾞ	メーカー	P-ch	Vds	Id(A)	Pd(W)	N-ch	Vds	Id(A)	Pd(W)	Cis (pF)
To-5 can	SONY					2SK63	120	0.2	0.47	16
To-92L	SONY					2SK79	120	0.2	0.75	16
To-5 can	NEC	2SJ19	140	0.1	0.8	2SK69	140	0.1	0.8
To-66 Can	NEC	2SJ21	160	0.3	15	2SK71	160	0.3	15
To-5 can	NEC					2SK1383	200	3	8

Mos-FET（横型）
　YAMAHAに対抗したのか、日立が1977年に発売したLo-D HMA-9500に搭載されたのが横型Mos-FETの2SJ50/2SK135。電圧ロスはV-FETの半分でばらつきも少なくドライブも容易、と非常に使いやすくなった。日立はその後もHMAシリーズでMosを使い続けるが、その頃にはもっと安くて使いやすいバイポーラ石（B554/D424等）が出回り始めたので他社は追従しなかった。
素子としては東芝やSONYも品番登録しているが、市場で流通しているのは見掛けない。

さらに新しい縦型Mos-FETとの違いは帰還容量Crssが小さい点だが、Cissの値は同じ位でも横型はgmが小さくてドライブ振幅が大きくなるのでドライブ電力は減らない。縦型Mosの方がgmが大きく電圧ロスも小さいのでその後オーディオ用途の縦型Mosが出始めると横型はすべて廃品種になってしまった。（特性的には東芝のは高耐圧縦型Mosの初期型ですが、gmが比較的低くて横型に近いのでこちらに分類しました）

・出力用
　日立のはパッケージと耐圧ランク、電流容量の組合せで品種展開している。CAN型は古いアンプの補修用として高値で取引されているがMold品はあまり人気がなく流通在庫も少し残っている。

ﾊﾟｯｹｰｼﾞ	メーカー	P-ch	Vds	Id(A)	Pd(W)	Cis (pF)	N-ch	Vds	Id(A)	Pd(W)	Cis (pF)
To-3 can	日立	2SJ47	100	7	100	900	2SK132	100	7	100	600
To-3 can	日立	2SJ48	120	7	100	900	2SK133	120	7	100	600
To-3 can	日立	2SJ49	140	7	100	900	2SK134	140	7	100	600
To-3 can	日立	2SJ50	160	7	100	900	2SK135	160	7	100	600
To-3 can	日立	2SJ55	180	8	125	1200	2SK175	180	8	125	800
To-3 can	日立	2SJ56	200	8	125	1200	2SK176	200	8	125	800
MT-200小	日立	2SJ81	120	7	100	900	2SK225	120	7	100	600
MT-200小	日立	2SJ82	140	7	100	900	2SK226	140	7	100	600
MT-200小	日立	2SJ83	160	7	100	900	2SK227	160	7	100	600
MT-200小	日立	2SJ99	140	8	100	1050	2SK343	140	8	100	800
MT-200小	日立	2SJ100	160	8	100	1050	2SK344	160	8	100	800
To-3 can	日立	2SJ112	100	10	100	1100	2SK398	100	10	100	800
To-3P	日立	2SJ113	100	10	100	1100	2SK399	100	10	100	800
To-3P	日立	2SJ114	200	8	100	1000	2SK400	200	8	100	800
To-3P	日立	2SJ118	140	8	100	1050	2SK413	140	8	100	800
To-3P	日立	2SJ119	160	8	100	1050	2SK414	160	8	100	800
To-3P	日立	2SJ160	120	7	100	900	2SK1056	120	7	100	600
To-3P	日立	2SJ161	140	7	100	900	2SK1057	140	7	100	600
To-3P	日立	2SJ162	160	7	100	900	2SK1058	160	7	100	600
To-3P	日立	2SJ351	180	8	100	800	2SK2220	180	8	100	600
To-3P	日立	2SJ352	200	8	100	800	2SK2221	200	8	100	600
To-3 can	東芝	2SJ91	140	8	120	1500	2SK271	140	8	120	800
To-3P	東芝	2SJ92	140	7	100	1500	2SK272	140	7	100	800
To-3P	東芝	2SJ115	160	8	100	800	2SK405	160	8	100	430
To-3P	SONY	2SJ131	170	10	100	1100	2SK722	170	10	100

・ドライブ用
　日立の耐圧ランク違いの１シリーズのみ。他に代替品がないので2015年以降急に価格が跳ね上がった。お金を出せばまだ流通在庫はある。

ﾊﾟｯｹｰｼﾞ	メーカー	P-ch	Vds	Id(A)	Pd(W)	Cis (pF)	N-ch	Vds	Id(A)	Pd(W)	Cis (pF)
To-220	日立	2SJ76	140	0.5	30	120	2SK213	140	0.5	30	90
To-220	日立	2SJ77	160	0.5	30	120	2SK214	160	0.5	30	90
To-220	日立	2SJ78	180	0.5	30	120	2SK215	180	0.5	30	90
To-220	日立	2SJ79	200	0.5	30	120	2SK216	200	0.5	30	90

Mos-FET（縦型）
　オーディオ用の横型Mosが一段落した後、大電流の取れる縦型構造のMosがスイッチング用として開発され、数10A定格のN-ch素子が出回り始めた頃に縦型のSIT(V-FET)の再来の形でこれをアンプに使う動きが始まりました。
有名なのはUHC-Mosと銘打って2SK851等が起用されたのが最初ですが、当時はコンプリのP-ch品種がなくYAMAHA B-1のように準コンプリの出力段でした。高耐圧で大電力の出力用P-ch品種は東芝とサンケンのみで、60Vの低耐圧では日立・NECもありますがそれも含めて今は廃品種となり流通在庫もほぼ枯渇状態。

現行品では100W以上の損失の大型パッケージ品種はN-chは沢山あっても国産のP-chはゼロ。全て小型パッケージのスイッチング専用品です。（海外メーカー品ではIRFP9240等、まだP-ch品もある）
最新の品種は低ON抵抗で高速SWが可能なので、ロスの大きいアナログではなくてスイッチングで低損失なＤ級アンプで活用できる。

新しい動きとしては新素材のSiCやGaNのFETが現れており、従来品の性能限界を超える期待感はV-FETが現れた当時を思い出します。（P-chがないのも同じ）
まだまだ発展途上なので品番の列挙はしませんが、性能的にはSiCはCissが大きくて普通のMosに対しアドバンテージがない。一方、GaNは非常にCissが小さくてしかも熱暴走の心配がないなど魅力的。N-ch品だけでなんとか使えないか、検討したくなります。

・出力用
　低耐圧で大電流の"UHC"タイプはCissがかなり大きい。東芝J618/K3497はCissが大きくなったがその分Gmも大きくてドライブ振幅が小さくて済む。サンケンの石は定格大きいがややGmが小さ目。

ﾊﾟｯｹｰｼﾞ	メーカー	P-ch	Vds	Id(A)	Pd(W)	Cis (pF)	N-ch	Vds	Id(A)	Pd(W)	Cis (pF)
To-3P	東芝/日立	2SK851	200	30	150	2100	2SK1297	60	40	100	3600
To-3P	日立	2SJ215	60	35	125	2400	2SK2586	60	60	125	3550
To-3P	日立	2SJ217	60	45	150	3800	2SK1665	60	45	125	3950
To-3P	日立	2SJ554	60	45	100	2500	2SK2955	60	45	100	2200
To-3P	NEC	2SJ331	60	30	150	4300	2SK797	60	40	150
To-3P	サンケン	MJD20	150	20	150	2700	MLE20	150	20	150	1800
To-3P	東芝	2SJ200	180	10	120	1300	2SK1529	180	10	120	800
To-3PL	東芝	2SJ201	200	12	150		2SK1530	200	12	150
To-3P	東芝	2SJ618	180	10	130	2300	2SK3497	180	10	130	2400

・ドライブ用
　コンプリのP-chがある高耐圧品のみ記載。SC62、To251、To252は表面実装型なので基板で放熱必要

ﾊﾟｯｹｰｼﾞ	メーカー	P-ch	Vds	Id(A)	Pd(W)	Cis (pF)	N-ch	Vds	Id(A)	Pd(W)	Cis (pF)
SC-62	日立	2SJ186	200	0.5	1	75	2SK1334	200	1	1	80
To-252	日立	2SJ319	200	3	20		2SK1335	200	3	20
To-251	三洋	2SJ281	250	3	30		2SK1920	250	4	30
To-220FM	東芝	2SJ313	180	1	25	210	2SK2013	180	1	25	170
To-251	東芝	2SJ338	180	1	20		2SK2162	180	1	20
To-252	東芝	2SJ610	250	2	20	381	2SK2146	250	2	25
To-251	東芝	2SJ680	200	2.5	20	410	2SK2235	250	2	20	220

　　　　使用素子の知識の目次に戻る　　　　アンプ設計のTOPに戻る