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トランジスター、FETの働きと種類など基本情報について

2021/02/17

【はじめに】
当ブログの内容における未検証項目につきまして、誤りがある点をいくつかご指摘頂いています。
誠に申し訳ないのですが、しばらく内容修正に取り掛かれないうえ、ブログを閉鎖することも今のところは考えていないので、内容に関しては「間違っている箇所もある」と思って頂けると幸いです。

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transister

トランジスターとは「Transfer+Register」の造語(厳密には Transfer of signals through varistor が語源だそう)で、エフェクター製作においては「音の増幅」に欠かせないパーツです。

また、同様のパーツで「FET」というものもあります。
こちらはField Effect Transistor(電界効果トランジスタ)の頭文字をとったもので、要はトランジスターの仲間ですね。

いずれも回路上では「T」または「Q」と表示されます。

よくトランジスターを2つ使った回路で「2石増幅回路」などと呼ばれているとおり、日本語では「石」と表されることがあります。

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トランジスターの働き

エフェクターにおける主なトランジスターの働きは、前述したとおり「音の増幅」です。

厳密にいうと、「小さな電流で大きな電流をコントロールする」というのがトランジスターの本来の働きなのですが・・・なかなかよくわからないですよね。

一番しっくりくるのは水道と蛇口の説明でしょうか。

僕らの手では大量の水を流すことはできないけれど、水道の蛇口のハンドルをひねることはできます。
ハンドルをひねるための小さな力を加えることで、水道から排水溝へは水がすごい勢いで流れていく・・・というのは(その内部構造は知らなくとも)イメージしやすいことでしょう。

これがトランジスターにも起きているというわけです。

ギターから出た微弱な電流で、電源から流れる大きな電流をコントロールして音を増幅させる・・・と。
平たく言うとそういう感じなのです。

トランジスターの構造と種類

トランジスターは3つの足が生えたパーツで、それぞれの足には役割がありE(エミッタ)、C(コレクタ)、B(ベース)と名付けられています。

日本製のトランジスターは底面からかまぼこ型が逆さになるように見た時、左端からE⇒C⇒Bの順で並んでいます。
海外製はこれがE⇒B⇒Cとなります。
※この辺は混乱しやすいので・・・データシートを見ておくと間違いありません。

基本的には正電源(+9Vなど)に接続したときに、コレクタからエミッタに流れようとする大きな電流を、インプットに繋いだベースの電流でコントロールする形が取られます。
前述の水道の話でいえば、コレクター側に水道管が、エミッター側に排水溝があって、ベースが蛇口のハンドル・・・という感じですね。

NPN型とPNP型

トランジスターはNPN型とPNP型の2つに分けられます。
この2つの型さえ間違えなければ、基本的にはトランジスターは型番が違っても差し替えが可能(・・・だったはず)。

NPN型とPNP型の違いは「極性」・・・つまり「電流の流れる向き」と思っておけば良いと思います。
「N」がネガティブ・・・つまりマイナス側、「P」がポジティブ・・・プラス側を意味している感じ。

※厳密にはトランジスタ内部の半導体の重なり方を示したものです。

NPN型の場合はコレクタからエミッタに向かって流れる電流をベースでコントロール。
PNP型の場合はエミッタからコレクタに向かって流れる電流をベースでコントロールすることになります。

ゲルマニウムとシリコン

トランジスターにはゲルマニウム製とシリコン製の2種類があります。

もともと、トランジスターの歴史を辿るとゲルマニウムからスタートしているようですが、ゲルマニウム製の方が熱に弱く、温度によって性質が変化してしまう(場合によっては壊れる)ことからシリコントランジスターが重宝されることになりました。

ただし、エフェクター界においては扱いにくいはずのゲルマニウムの方が好まれる場合もあります。

有名な2石増幅回路のエフェクター「FUZZ FACE」はもともとゲルマニウムトランジスターを使っていたことで有名で、コピー品を作ろうと思うとゲルマにこだわりたくなる気持ちもわかりますよね。

※ただしジミヘンですらゲルマトランジスタの温度による扱いづらさに手を焼いていたそうで、FUZZ FACEも後にシリコントランジスターを載せるようになりました。

FETについて

FETは前述したとおり、トランジスターの一種です。
一般的なトランジスターが電流でコントロールするのに対し、FETは電圧でコントロールするという違いがあります。

また、FETもトランジスター同様に3本の足が生えていて、それぞれG(ゲート)D(ドレイン)S(ソース)と呼びます。

ゲートがコントローラーで、ドレインからソースに大きな電流が流れるのが基本です。

GDSの配置については型番によって違うので、データシートで確認するようにしてください。

PチャンネルとNチャンネル

トランジスターのNPN、PNPのように、FETにもPチャンネル、Nチャンネルが存在します。

ゲートに電圧をかけると電流が流れにくくなるものをPチャンネル、その逆がNチャンネルになります。

JFETとMOS-FET

FETには接合型FET(Junction FET = JFET)と金属酸化膜半導体FET(Metal-Oxide-Semiconductor FET = MOS-FET)という種類があります。

ゲート部分の構造に違いがあり、JFETはデプレッション型・・・ゲート電圧がない時にソース・ドレイン間に電流が流れるもの。
MOS-FETにはデプレッション型とエンハンスメント型・・・ゲート電圧が無い時にソース・ドレイン間が絶縁するもの・・・が存在しています。

・・・と書いている僕もイマイチその特性を理解しておりません。

JFETはFetzer Valveなどで使われています。

一石ブースターFetzer Valveで作る「コンビーフブースター」

MOS-FETはあのZen Driveに使われてたと思います。

FETは真空管サウンド?

もともとギターから出力された音を増幅していたアンプと言えば、真空管を用いた真空管アンプでした。
真空管はパーツ自体が大きく、耐震性に弱く、寿命が短いなどの欠点があり、その代用品としてトランジスターが使われるようになったのです。

どちらも小さな力で大きな力をコントロールする働きを持つものなのですが、真空管の方が柔らかみがある温かい音と表現されるのに対し、トランジスターを使ったアンプはジャリっとした硬い音と言われることがよくあります。

そんな中、FETはどうも「真空管に近い音がする」と評価されることがあるのです。
(どちらも電圧動作だからという噂もありますが、プラシーボという可能性もw)

ディスクリート回路とは?

ここ数十年はトランジスターの増幅機能を詰め込んだ集積回路(IC)であるオペアンプがそこそこ安価に購入出来る事から、コンパクトエフェクターにも積極的にオペアンプが使われるものが増えました。
オペアンプを使えば超簡単にエフェクターの回路が設計できます。

オペアンプについて。種類と配線の基本形

オペアンプを使った回路に対して、トランジスタなど単体の素子だけを使った回路をディスクリート回路と呼びます。
※ディスクリートは「個別」「分離」の意。

特にディスクリートだから音が良いとか、そういうことはありませんが・・・エフェクターを自作するなら一度はディスクリート回路で作ってみたいですよね。

ちなみに・・・トランジスタや抵抗を組み合わせて、基板上でオペアンプ相当の回路を作ることも可能です。
オペアンプで作られているエフェクターをディスクリートで組み直して、パーツを組み替えて・・・など、、、気が遠くなるのでやりたくもないですが、、、

トランジスタについてもっと知りたい場合は・・・

個人的には、エフェクター製作におけるトランジスターの知識は上記のようなことだけで十分かなと思ってます。

要はその働きとパーツの使い方をわかっていればOKってこと。

だいたいエフェクター回路内ではエミッタをGNDに接続して、コレクター側からアウトプットを取る増幅の役割か、あとはバッファ(ボルテージフォロワ)として使われるか・・・そんな感じなので、どことどこの抵抗値を変えれば増幅率が変わるかとか、そういうところだけ押さえておけばいいんじゃないかなと。

僕らは電子回路の博士になりたいのではなくて、エフェクターで面白い音を出せるようになりたいだけですからね!(言い訳)

でも、もっと知りたい!勉強したい!って方は、エフェクター製作の本などではなくトランジスタの専門書などを読むと良いでしょう。

エフェクターの自作にオススメしたい本

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