工具の通販モノタロウ テスターの基礎講座 電界効果トランジスターの測定

テスターの基礎講座

テスターとは、電気・電子回路の状態や状況を知るために電気量を目に見える形に変換し間接的に測り、必要な電気量を判断をするために活用する機器です。本連載では、テスターの仕組み・構造から、測定方法まで、テスターを活用する上で知っておくべき基本的な事項を紹介していきます。
第3章 テスターの測定方法

3-11 電界効果トランジスターの測定

■「3-10 バイポーラトランジスターの測定」では、動作に関わるキャリアが2種類あるバイポーラトランジスターをご紹介しました。一方、1種類のキャリアだけを用いるユニポーラトランジスター(Unipolar Transistor)はユニ(単一の意味)とポーラをつなげた呼称で、電界効果トランジスター(FET:Field EffectTransistor)とも呼ばれています。バイポーラトランジスターは電流で電流を制御しますが、FETは電圧で電流を制御する点で真空管と似ています。また、FETは主に接合型FET(JFET)とMOS型FET(MOSFET)に分けられます。

■電界効果トランジスター(FET)も3端子構造(3本足)で、各端子の名称はドレイン(D)、ソース(S)、ゲート(G)です。接合型(Junction)FETにも、pn接合がゲートとソース(ドレイン)間にあるので、端子間でダイオード特性を示します。テスターをダイオード検査モードまたは抵抗測定モードに設定して、nチャンネル型(2SK)のときには、ソース(ドレイン)に黒のテストピンを、ゲートに赤のテストピンを当て順方向電圧を測定します。次に、テストピンを入れ替えて、逆方向電圧を測定します。ダイオード特性に問題が無ければ正常です。また、pチャンネル型(2SJ)のときには、nチャンネル型(2SK)と逆向きのダイオード特性を示します。しかし、最大定格であるゲート許容電流IGが、ダイオード検査モードまたは抵抗測定モードの測定電流より十分大きいことを確認してください。端子配置含め必ずデータシートで確認することを推奨します。もう一つテスターを使って測定する方法があります。ゲートとソースを接続し、テスターを抵抗測定モードに設定します。nチャンネル型(2SK)のときには、ソースに黒のテストピンを、ドレインに赤のテストピンを当て抵抗を測定します。後述のドレイン飽和電流IDSSが大きいFETでは低抵抗値を示し、小さいFETで高抵抗値を示しますが、ダイオード特性に問題が無ければ正常です。また、pチャンネル型(2SJ)のときには、nチャンネル型(2SK)と逆向きのダイオード特性を示します。

電界効果トランジスターの測定

■MOS型(Metal Oxide Semiconductor)FETでは、接合型と構造や動作の仕方が異なります。MOSFETのゲートとチャンネル間には、酸化皮膜の絶縁物があります。しかし、この絶縁物は非常に薄く静電気に弱いため注意が必要です。テスターの測定では、抵抗測定モードに設定し、ドレインとソースを接続した状態でゲートとソース間の絶縁を検査します。「0.L」や「0.F」、∞(無限大)となり電流が流れ無ければ正常の可能性が高いと言えます。

電界効果トランジスターの測定

■さらに、正確な検査やFETの特性を知るためには、ブレッドボード上に簡単な回路を組み、バイアスであるゲート・ソース間電圧VGSを変化させドレイン電流IDを測定します。接合型FETでは、ゲート・ソース間短絡時のドレイン電流であるドレイン飽和電流IDSSがデータシートにも記載されていますので、実際に測定し確認してみることをお勧めします。注意点は、接合型FETが逆方向のバイアスをかけて使うデプレッション(Depression)モードということです。たとえば、ドレイン・ソース間電圧9Vで、ゲートとソース間を短絡したドレイン電流が4mAであれば、ドレイン飽和電流IDSSは4mAとなります。抵抗390Ωはドレイン電流を23mA(= 9[V] / 390[Ω])以上流さないための保護抵抗です。データシートでは、ドレイン・ソース間電圧を10Vとして測定していることが多いと言えます。しかし、筆者が9Vと10Vで測定したところ概ね同じ値を示していますので、9Vで測定しても大きな支障はないかと思います。また、同じ型番でもこのドレイン飽和電流IDSSでランク分けされているFETもあります。

電界効果トランジスターの測定

■MOS型FETは、順方向のバイアスをかけて使うエンハンスメント(Enhancement)モードです。エンハンスメントモードでは、ゲート・ソース間電圧が0Vのときドレイン電流はゼロ(0mA)です。そのため、デプレッションモードでは、ゲート・ソース間遮断電圧VGS(OFF)はドレイン電流IDがゼロ(0mA)になるときのゲート・ソース間電圧VGSでしたが、エンハンスメントモードでは、特定のドレイン電流IDを流したときのゲート・ソース間電圧VGSとします。データシートの測定条件にはドレイン電流IDがゼロ(0mA)以外の値が記載されています。たとえば、ドレイン電流IDが10mAと記載されていれば、ゲート・ソース間電圧VGSを調整してドレイン電流IDを10mAにします。そのときのゲート・ソース間電圧VGSが2Vであれば、ゲート・ソース間遮断電圧VGS(OFF)は2Vとなります。抵抗100Ωはドレイン電流を90mA(= 9[V] / 100[Ω])以上流さないための保護抵抗です。そして、抵抗15kΩと抵抗4.3kΩで9Vを分圧して2Vにしていますが、測定では固定抵抗器10kΩと可変抵抗器10kΩを使用すると便利です。また、同じ型番でもこのゲート・ソース間遮断電圧VGS(OFF)でランク分けされているFETもあります。さらに、デプレッションモードも存在しますが、特性は接合型FETとは異なります。ゲート・ソース間電圧VGSを、0Vよりも上げていくとドレイン電流IDも増加します。すなわち、デプレッションモードのMOS型FETでは、ドレイン飽和電流IDSSが最大ではなく、ゲート・ソース間電圧VGSが0Vのときのドレイン電流IDとなります。接合型・MOS型やデプレッションモード・エンハンスメントモードにより、電源供給やバイアスのかけ方が異なり回路も異なります。FETを壊さないためにも、必ずデータシートで確認することを推奨します。

【参考文献】

内田 裕之、小暮 裕明 共著『みんなのテスターマスターブック』オーム社、2015年11月20日(第1版第2刷)

三和電気計器『CX506a MULTITESTER 取扱説明書』(13-1405 2040 2040)

三和電気計器『PC710 DIGITAL MULTIMETER 取扱説明書』(04-1405 5008 6010)

執筆: 横浜みどりクラブ(JH1YMC)広報 内田 裕之(JG1CCL/W3CCL)

『テスターの基礎講座』の目次

第1章 テスターの概要

第2章 テスターの使い方

第3章 テスターの測定方法

第4章 テスターの活用法

第5章 使用上の注意点、トラブル対応

目次をもっと見る