2SK2145GRと2SK2145BLの実測

2018/05/20測定、2020/04/26再測定(GR)、2020/05/23再測定(BL)

2SK2145は、2SK117相当のチップ（あるいは2SK209, 2SK880）をデュアルにしたものと言われています。2017年頃から秋月電子で取り扱いが開始され入手容易になりました（Y, GR, BL）。表面実装部品のため単体では扱いづらいのと、ソースが共通なためソースに可変抵抗を入れてバランス調整する方式の回路には使えないのが難点。
使う前に測定してみました。何かの参考になれば幸いです。

巷で 2SK2145 が 2SK170 ペア選別品の代用として何の検討も無しに盲目的に使われている例を見かけるが、2SK2145（2SK117, 2SK209, 2SK880）の gm は 2SK170 の同じドレイン電流条件の (1/√2) 程度しかなく、一見動作はしても、回路全体として適切な動作条件ではない場合が多そうです。
なんとなくですが、大雑把には 2SK117 のゲート幅（チャネル幅）を約2倍にしたものが 2SK170 と言うこともできそう（※MOSFET ではないのでこれらの用語の適用は必ずしも正確ではない）。もっと簡単に不正確に（半導体理論を勉強していないオーディオマニア向けに）言い換えると 2SK117GR を2パラにすると大雑把に 2SK170BL の1本分に近似した特性を示す、ような気がなんとなくしています…両者で IDSS ランクが違うことに注目。
⇒このページの一番下に追記
ただし、発振のリスクなどを考えると2パラにするのはナンセンスなのかもしれません。

素性

2018年春、秋月電子で購入。すべて同社SOT-23変換基板（AE-SOT23）にマウント。

測定結果 2SK2145-GR

Ta=22degC

[2019-02-23] 追記：この実験回路で Vs が負の値になっているものがある（No.4, 7, 8）のはおかしい。発振したか、何かの測定間違いがあったかもしれません。追試が必要。その機会をなかなか作れないでいます。

No.1はSOT-23変換基板へのはんだ付けを失敗したので測定せず。

GRランクの実験回路ではId=0.86mA/unit程度で、データシートによるとgm=8mS程度。これとRd=6.8kΩより、大雑把にはΔVg（=|Vgs(A)-Vgs(B)|）=1mVにてΔVd=54.4mV。測定で得られたΔVdから逆算すると、最大でΔVg=10mVくらいの個体もあることになる。ただし、Rd の値が正確でないことが後で判明したので参考程度。

[2020/04/26] 再測定実施。個体の番号は同じ。V+=12.02±0.2V、2Id=1.71mA、Ta=21degC。Rdはunit A側が6.80kΩ、B側が6.82kΩ。ΔVdはunit A（1pin側）が正で、初回とは逆極性になっている。Vs絶対値の傾向は同じなため単なるテスター接続ミスか記録ミスで、不具合ではなかったようだ。ΔVdの傾向が異なるのはドレイン抵抗の差（初回と再測定で6.8kΩの使用個体は同じでもABが逆）の可能性が高い。

No.7 と No.8 は、これに使用しました。ただ、おそらくどの個体を使っても、ドレイン電位以外はそんなに大きな違いにはならないように思います。

測定結果 2SK2145-BL

2018/05/20 の初回測定結果：何か間違いがあったようだ。Ta=22degC、他はGRランク初回と同じ条件。

[2020/05/23] 初回のデータは条件追跡ができないため削除。再測定実施。シャッフルされてしまったため個体の番号は不一致。回路定数も異なる。V+=12.03±0.2V、2Id=3.43mA、Ta=22degC。Rdは3.304kΩ（同じ値のを選別）。ΔVdはunit A（1pin側）が正。

BLランクの実験回路ではId=1.7mA/unit程度で、データシートによるとgm=11mS程度。これとRd=3.3kΩより、大雑把にはΔVg（=|Vgs(A)-Vgs(B)|）=1mVにてΔVd=36.3mV。測定で得られたΔVdから逆算すると、ΔVg=11.5mVくらいの個体（No.4）もある。

No.5とNo.6は面白い結果。IDSS(No.5)>IDSS(No.6) で Vs(No.5)<Vs(No.6) ということは、この仮組み回路条件では gm(No.5)>gm(No.6) で、gm の差は少し気になる。ただしちゃんとした測定ではないのであまりあてにはならない。

評価

• 同一チップの二つのユニットでIdssは良くそろっている場合と多少異なる場合がある。
• 実験回路においてΔVdが小さい（＝実使用状態での差動バランスが良い）ものはIdssは良くそろっている。ただし、Idssが非常に良くそろっていても、必ずしもΔVdが小さいわけではない。
• Idssは温度上昇によって変化するが、ΔVdのドリフトはペア性の良いものだとほぼ無し、ペア性の悪いものでも10mV程度であまり気にならなかった。unit間の熱結合はそれなりに良いようだ。

以上より、優秀なペア特性を示すものが多いが、一方でハズレ玉も混ざっている。
直流的に無帰還になる回路では、若干多めに購入して回路を仮組みして選別するほうがよさそうで、そのときの歩留まりは４割は十分見込めそうで、バラ買い選別とは比較にならないほど効率が良い。unit間の熱結合の良さも含め、ワンチップデュアルFETが必要な用途にも十分耐えそうだ。

ハズレ玉であっても、100%直流帰還パワーアンプならば出力DCオフセットは高々10mV程度で済むことになり、実害はほぼない。ワンチップデュアルの2SK389でもΔVg=20mVmaxなので、マッチング精度は互角かそれ以上と言えるだろう。

実験に使用したΔVd・Vs測定回路（仮組みした差動増幅回路）

   +-----------------+----------V+12.14V
   |                 |
   |          +------+------
   |          |             |
   |        R6.80k         R6.82k
   |          |     +←     |
   |          +---(ΔVd)----+
   |          |             |
   |          D             D
   |   +--G[K2145GR]   [K2145GR]G--+
   |   |   [unitA]       [unitB]   |
   |  GND     +------S------+     GND
   |                 |
   |         1.73mA  +--------------+
 R15k                |             (V) Vs
   |                 |              |
   |                 C             GND
   +---------+---B[C1815Y]
             A       E
         [1S2076A]   |
             K       |
             A      R300
         [1S2076A]   |
             K       |
             +-------+----------V-1.94V

ノイズには気を使っていない。ゲートへの配線が長いと発振しやすいが、２つのunitのゲート同士を直近で短絡すると（測定だけなら）問題ない。

再測定では配線を可能な限り短くした。再測定のΔVdはunit A（1pin側）を正としたので、上図（初回）とは逆極性になっている。

冒頭の「2パラ云々」について

画像での検討だけです。実験等はしていません…

• あるFETを2パラにして、1本あたりの電流が同じであれば、gmは2倍になる。（トランジスタ技術Special No.1「特集 個別半導体素子 活用法のすべて」、p.133、1987）
• セピアのグラフ (2SK2145) の横軸数値・縦軸数値を2倍に読み替えると、ブルーグレーのそれ (2SK170) にかなり近い。
• 2SK170 が使われている回路においてそれを 2SK2145 (2SK117) に置換するとき、ドレイン電流を半分、ドレイン負荷抵抗を2倍すれば、電圧配分と裸ゲインは、わずかに差がある程度でほとんど同じになる。ただし、回路のインピーダンス、FET自身の電極間容量や、ドレイン電流のドレイン電圧依存性が異なるので、後段とのかねあいによる仕上がりゲインや歪み率、周波数特性、電源電圧変動への耐性などは、同じにはならない。

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