ＮｃｈＦＥＴのＩＤチェッカーの製作

古い無線機を修理や調整すると、高周波増幅には結構FETが使用されており、すでに入手不可能となっている石が殆どです。
交換等には入手可能な別のFETに置き換えなければなりません。
また、実験や製作での高周波デバイスにはFETを使用する事が多いです。
そこで、トランジスタ同様ばらつきの多いFETの特性を簡単にチェックできると便利です。
そこで、ゲート電圧によるドレイン電流変化を測定できる物を、文献 1)を参考に作ってみる事にしました。

要求項目
①Idssが簡単に測定できる事
②ゲート１電圧とドレイン電流、それぞれが同時表示できる事
③DualGateMOS･FETにもある程度対応できる事

参考文献
　1)高周波回路の設計･製作　鈴木憲次　著　　ＣＱ出版社
　　第8章　FETのIDSSチェッカの製作
　2)'99最新FET規格表　CQ出版社
　3)LM317データシート
　4)LM337データシート

え～っと、今回の試作品は修正により目的通りの動作はしてはいますが、
これはどう見ても失敗作です・・・(^_^;)
やはり自分の経験値不足が原因で、簡単に出来るだろうと、高を括って作り始めたら、結果的に修正を余儀なくされましたです。
それは後半に記します。　では・・・

なるべく安く、簡単に済ませたい所です。
使用部品は少ないのですが、電流･電圧計はまともに買うと高価です。
秋月のデジタルパネルメータ「PM-129E」(1,000円)にしました。
ここではデジタルもアナログも同じ価格なんだよなぁ
で、ゲート電圧表示はデジタルの方が+-の表示が連続でできるので、
D+EモードのFETでのVgsに適合できそうです。
また、ドレイン電流表示はデジタルでは20mA、200mAとレンジが丁度しないので、
アナログ100μAに変更し、分流で10mAと30mAレンジとしました。
PchFETは高周波回路での使用がほとんど無いので、考慮しない事にしました。

単純な回路なので、穴あき基板で作製しています。
最初の構想段階では電力消費が比較的大きいデジタルパネルメータを2個使用するつもりだったのと、ドレイン電流をもデジタルパネルメータで表示するつもりだったので、 電源部は、トランス＋電源ＩＣで構成しました。それぞれ単独でパネルメータにも供給しなければならないので、独立で２つの電力を供給できるジャンクトランスを使用しました。
これはＡＣ８Ｖと1１３Ｖ×２の出力があり、ＡＣ出力電圧は今回の用途にはちょっと低めです。電流容量が不明ですが、電力消費は比較的少ないので多分大丈夫でしょう。
電源回路の供給電圧は安定化した１２Ｖと９Ｖとしました。（が、後で電圧を少し変更しました）
９Ｖはパネルメータに単独供給とします。
使用電源ICは、ＬＭ３１７Ｔ、ＬＭ３３７Ｔで、供給電流は５０ｍＡ程度を想定しています。
ＭＯＳ・ＦＥＴのゲートには正負電圧を供給しますので、正負電源となっています。
ＬＭ３１７ＴとＬＭ３３７Ｔはピン配置が違うので、注意が必要です。
私も最初間違えて配線してしまいました・・・　(ーー;)　
９Ｖ電源は供給AC電圧が８Ｖと低く、電圧変動するかも知れませんが、ＤＰＭ内部でさらに５Ｖへ減圧･安定化しているようですので、問題無さそうです。おまけにICによる電圧降下が少ないので放熱器無です。

計測部は、ゲート１プローブにはVRにより±4Vを連続可変印加できるようにしました。
実際は、計算通りに行かなくて少し低めでした。
１個のVRで8Vの範囲を可変すると、変化率が大きくやりづらいので、
微調整用のVRを付けました。
ゲート２プローブに対する印加電圧は０Ｖ～４Ｖの整数値と単純化し、
ロータリＳＷで切り替える事としました。
ゲート２印加電圧は、実使用において＋側しか使用しないと思いますが、
ロータリＳＷは１回路１２接点のもので、電極がかなり余り、反って使いずらいので、
ここは±４Ｖ電圧印加可能としました。
このロータリＳＷは結構小さく、電極間に余裕が無く、配線しずらいので、
ここだけ小さいプリント基板を作りました。
これで、ロータリＳＷ周りの配線が楽になりました。

ドレインプローブは基本的に印加電圧１０Ｖとなっています。
ドレイン電圧の可変は、無くても良さそうですが、いきなり１０Ｖの電圧をかけるのは、
ちょっと不安なのと、電源部が±出力のため面倒では無いので、
電源ＩＣで手抜きの０Ｖ～１０Ｖ電圧可変を付けました。
このドレイン電圧調整ＶＲは電源スイッチを兼ねてますので電源ＯＮ時は、
ドレイン電圧０Ｖなので、精神的に安心ですし、ピンチオフ電圧も計れたりします。

電圧計はケート１電圧とドレイン電圧が表示可能で、使用時はＳＷで切り替えます。
ドレイン電流は１００ｕＡのアナログ電流計で測定します。
この電流計は、１００ｕＡフルスケール時約１８０ｍＶの両端電圧でした。
これを分流抵抗で１０ｍＡと３０ｍＡフルスケールとしています。
ジャンク箱の１Ｎ６０（多分)の順方向電圧をテスタで計ってみると、
ＶＦ＝０．２Ｖ程度だったので、これを電流計とパラに接続し、電流計保護としました。
チェックをしてみても、フルスケール時でもダイオードに電流は殆ど流れないようです。
３０ｍＡレンジの時は値が目盛と合わず、極めて読みづらいのが大きな欠点です。

ゲート２の電圧印加はロータリースイッチでその電圧を切り替えます。
そのSWは以前ヤフオクでジャンク品として落札していた、1回路12接点の小さなSWです。
最初はロータリーSWの電極に1KΩの1/6Wの小さな抵抗を直接配線したのですが、このSWは熱に弱いらしく、軸が回転しなくなってしまい、レンズで拡大しながら面倒して配線した割りにあえなく失敗、破棄しました・・・

で、高校生時以来何十年ぶりにプリント基板を作ったら、フラックスが無かった・・・
無論、基板作成はマジックペンで書いた後、ホームセンタ（の通販)で入手した銅版画用の腐食液でエッチングだ。
（昔ながらのこのアマチュア的方法は別の実験ページで、いずれ公開しますが、現在では見ても、参考にはならないと思われますですHi）
最初から、他の基板を含めてプリント基板にすれば良かった・・・

問題なのが、ケースです・・・
通販での金属ケース購入は、手にとってじっくりイメージしながら見れないのと、意外と〒料が結構高く、気合を入れた製作物で無いとイマイチ買う気が起きません。
適当なタッパーに入れるのが簡単で、常套手段なのですが、カッコ悪・・・
結局、百均（ダイソー)のシューズケースです・・・
どうせ中学レベルのオームの法則を使用した、電卓のみで回路設計が終了してしまう様な物ですしね、試作品と言う事もあり、十分です。

安いケースなので、パネル面加工が非常に楽です。
紙に書いたパネル図面を裏に貼り付け、表を赤ペンでなぞります。
小型モータードリル（？）で、快適に削れます。
ピンバイスでも、疲れますが可能です。
トグルスイッチの回転止めを半田ごてで過熱圧接する時に一箇所パネル面を
溶かしてしまいました・・・
計器･スイッチ･ボリューム･ＬＥＤ等を取付、パネル面配線をします。
簡単な回路のはずなのに、何でこんなに配線が多いのか不明です・・・
ＷＯＲＤで表示文字を書いて、透明荷造テープで貼り付けます。
（すごい手抜きですが、必要十分に使えます？)
回路図には無いですが、各トグルスイッチは6Pの物を使用し、
余った部分でLEDを光らせています。
無くても良いと思いますが・・・

しっかし何でこんなに配線が多いんだろう・・・
テスター(DMM)で電圧･電流計および各部の調整をして試作品の完成です。
このデジタルパネルメータ･PM-129Eは±20Vに設定しています。
精度はイマイチですが、価格を考えるとすばらしいです。
背面VRはゼロ調整かと思って動かしたら、どうやら違うようです。
で、このVRでドレイン電圧10V時にDMMとぴったり合わせてみました。
これで、範囲内に於いて、必要十分な精度です。
アナログ電流計は、さらに精度は今一つです。
加えて、30mAレンジが読みづらいです・・・
電流計もPM129Eの200mAレンジで良かったかも・・・　(-_-;)
元々電流計もPM129Eを使うつもりで、２電源構成にしたのだし・・・

という訳で、とりあえず組立終了ました。
めでたしめでたし・・・（イマイチ意気消沈）

とりあえず試運転です。
LED大好き人間なので、ジャンク箱から古い各種LEDを使用しています。
最近のLEDは高光度で眩しいので、さりげないパイロットランプには、うっとうしくて使えません。
まずは負荷抵抗100Ωをドレイン-ソース間に接続して、DMMを各電極にセッティング、各ツマミを適当に動かしました。
大きな問題は無かったのですが、ゲート1電圧範囲が±4Vに足りないのとドレイン電圧も10Vに少し足りないので、電源電圧を±13Vに再設定し、各部再調整し、想定電圧となるようにしました。
部品の変更はありません。
画像でも出現していますが、電圧計の末桁の表示が頻繁におかしくなります。
こんなもんかと思っていたら、後ほど死にました・・・　（後述)

で、早速使用してみました。
ジャンク箱に長年転がって電極が黒くなっている　(^_^;)　2SK19GRを
プローブのつもりのICクリップに接続して見ました。
IDSSは約10mAでVgs(off)は約-2.8V程度でした。
本に記載の通り、Idが流れなくなるゲート印加電圧Vgs(off)と、ゲート＝0Vの時のドレイン電圧を0Vから徐々に上げてIdが変化しなくなるドレイン電圧Vpは、その絶対値がほぼ同じでした。
ここまでは電圧計の末桁の表示が少しおかしくなる以外問題なかったです。

次にTS520Vより引き抜いた1'stミクサの3SK40を、同様に接続して、測定してみました。
で、ドレイン電圧が1～2V以上に上げると、急にPM-129E電圧計表示が、
全桁で表示がおかしくなります・・・
電流計(ドレイン電流)も挙動不審で、正常と思われる場合のVg-Id関係を示しません。
これは・・・と思い、ドレイン-ソース間にオシロを接続してみると、
案の定綺麗に発振しています・・・　(ーー;)

このIDチェッカの回路は、基本的には静的な直流回路なのですが・・・
あちこちにパスコンを挿入していたのですが、甘かったようで誤動作してしまいました。
これではまともにIDSSすら測定させてもらえません。
無論、ゲート電圧をマイナスに増していくと発振は停止しますが・・・
高周波用FETに接続して、動作電圧を加えるのだから、
少なくともプローブ部分は「高周波回路」だったのですね。
この意識が足りず、FET電極との接続に30cm程度の
リード線付ICクリップを使用していました。
結果、当然の如く発振してしまい、その強いRF信号の混入により、
パネルメータですらまともに表示されなくなると言う体たらく・・・
ICクリップへの接続リード線も２～３cmとしても発振が止まりません。
そうこうしている内に、このIDチェッカー本体がまったく動作しなくなりました。
（PM129Eの７セグや他LEDの発光もしない)
電源回路が死んだのかと思って、チェックするも異常なしです。
結局、PM129Eの電源端子がショート状態でした・・・
このPM129E内部の三端子レギュレータを除去して、基板に直接5Vを供給してやると、７セグは意味不明に発光しますが、正常動作はまったくしていないです。
がっかり・・・　(ーー;)

対策・・・
と言う訳で、PM129Eの死亡原因がはっきり特定できませんが、
まずは計測基板部分とプローブ部分を高周波的にもっと分離する事としました。
（当初よりパスコンはあちこちに配置されてはいたのですが・・・）
これでもだめなら、金属ケースの使用を考えなければなりません。

8P･DIPソケットを差込んだ穴あき小基板をプローブ部分とし、その接点部分は最短距離でバイパスコンデンサをきっちり接続、高周波的に各電極とソース電極をショートしました。
プローブ基板までの接続リード線はジャンク箱に長年転がっていた、FT-114#43トロイダルコアに巻き付け、計測部内部に発振した際の高周波電力が回り込まない様にしました。
もちろん、PM129Eは予備品と交換しています。
この交換したPM129Eはすべての桁で表示は正常です。

この対策で現在の所、3SK40では発振は確認されていません。
仮に発振させても、PM-129Eの表示がおかしくなる事もなくなりました。
さらに他のgmのさらに大きいFETでも検証する必要がありそうです。

問題点･その他
最初、最も気になったのが、ドレイン電流兼電流計保護回路が無い事でした。
ジャンクトランスの出力電圧が低く、ドレイン電圧10Vを維持しつつ保護回路を付けるには、定電圧電源出力が15Vは欲しい所で、トランス出力電圧の低さが足を引っ張っている気がします。
トランスも出力電圧の高いものを使い、レギュレータICにも放熱器を付けたい所です。因みにドレイン電圧を0～1V程度にして電流を多く流すと、ドレイン電圧制御用レギュレータICが少し発熱します。
あと、電流計もスケールに合った目盛板を作製しないと読みづらくて疲れます。
これについては、アナログ電流計の専用目盛板を紙等で作製するのが必要と思います。
それよりPM-129Eの200mAレンジでも良いから、これでドレイン電流を表示した方が簡単だったと思われます。
何と言っても、価格が同じですしね。
でもPM129Eはアナログメータより壊れやすいかも？

あと反省的注意点ですが、基本的にこのIDチェッカの回路は直流回路なのですが、プローブに被験体であるFETを接続した途端、そのFET周囲は「高周波回路である」と言う事、そして強力な発振回路となりうる事を意識しないと、うまくありません。
回路図にはありませんが、きっちり高周波的対策をする必要がありました。
電源部は穴あき基板で良しとしても、他は最初からプリント基板、そして金属ケースで作製すれば良かった・・・トホホ