もっともカンタンなFETバッファ回路〜自作エフェクタで使える!

 

こんなことやります

  • FET1石でバッファ回路をつくる
  • インピーダンスを計算する

もっともカンタンなFETバッファ回路〜自作エフェクタで使える!
もっともカンタンなFETバッファ回路〜自作エフェクタで使える!

この記事では、「1石FETのバッファ回路」をご紹介します。ギターやベースなどの出力を直接受け取ることができるので、自作エフェクタなどにも応用できます。ぜひご参考になさってみてください。

また、2SC1815などによるバイポーラトランジスタのバッファ回路や、オペアンプによるバッファ回路もございます。こちらの記事をご参考になさってみてください。

つかうもの

今回は2SK303を使用しましたが、小信号用のFETでしたら他のものでも代用可能です。自作エフェクタの世界では、2SK30Aなどがよく使われてますね。

ただしFETの場合、端子の配列が統一されてませんので型番によってバラバラです。

参考に、私がよく使うFETの端子配列をのせておきます。

FET 端子(1、2、3の順)
2SK30A S G D
2SK303 G S D
2SK369 D G S

エフェクタ回路で使う場合、性能的には2SK303や2SK369は2SK30Aと代替が可能です。詳しくはこちらをご覧ください。

もっともカンタンなFETバッファ回路図

こちらが「もっともカンタンなFETバッファ」の回路図になります。

Simplest FET Buffer schematic
Simplest FET Buffer schematic

FETを使ってカンタンに、しかも安く作れる回路です。オペアンプなんかよりも消費電流はとても少なくて済む回路でもあります。

こちらのバイポーラトランジスタ版も、同様にシンプルなバッファ回路になってます。

バイポーラトランジスタもすてがたいなぁ
バイポーラトランジスタもすてがたいなぁ

ざっくりとした性能

「もっともカンタンなFETバッファ回路」のざっくりした性能をご紹介します。

項目
入力インピーダンス1MΩ
出力インピーダンス800Ω
最大入力信号1Vpp以下
消費電流0.2mA

インピーダンスの測り方は、後ほど解説します。入力インピーダンスは1MΩと十分に高いので、ギターなどのハイインピーダンスなピックアップ出力を受け取ることができます。実際このバッファ回路は、さまざまなエフェクタ回路の入力に使われているのを拝見できます。

最大入力信号は、1Vpp以下で使います。詳しくは記事の後半で解説します。

さて、消費電流はわずか0.2mAです。つまりは、006Pの9V電池を500mAhとすれば、なんと2500時間も稼働できる計算になります。

一方で、オペアンプによるバッファ回路では、10mAもの電流を消費してしまいます。FETのバッファ回路はだいぶエコになっています。ただし、オペアンプのバッファ回路は、音質的な性能が格段に良いメリットがあります。

FETのインピーダンスの測定方法

ここでは、FETのインピーダンスの測定方法を解説します。

入力インピーダンスの測定

バイポーラトランジスタとちがって、FETのゲートにはほとんど電流が流れません。つまり、FET自体の入力インピーダンスは無限大といえます。そこで、先ほどの回路を見ますと、入力前には1MΩの抵抗が繋がっています。つまり、このバッファ回路の入力インピーダンスはこの抵抗の値そのものになり、1MΩとできます。

入力インピーダンスは1MΩ
入力インピーダンスは1MΩ

出力インピーダンスの測定

FETの出力インピーダンスは、バイポーラトランジスタのエミッタフォロワやオペアンプのようには低くはならないようです。

実際に実験してみたところ、この回路では出力先機材の入力インピーダンスが10kΩ以上でないと、波形が歪んでしまいました。

さて、出力インピーダンスの測定方法は次のとおりです。

  1. バッファ回路の出力に可変抵抗で負荷をかける
  2. 1kHz、500mVppの正弦波をバッファ回路へ入力し、出力が入力信号の1/2になるように可変抵抗を調整する
  3. その時の負荷の値\(R_L\)をテスターで測定する

\(R_L\)の値を元に、分圧法でFETの出力インピーダンスをざっくり計算できます。

$$\frac{R_L}{Z+R_L}=\frac{1}{2}$$

より、

$$Z=R_L$$

です。つまり、測定した\(R_L\)をそのまま出力インピーダンスとできます。

測定したところ、出力インピーダンスは800Ωとなりました。この方法ではあまり正確な出力インピーダンスを測定できませんが、エフェクタ回路の場合なら十分な参考になると思います。

より正確に出力インピーダンスを計算するには、相互コンダクタンス\(g_m\)が必要です。相互コンダクタンスを使って導き出すと、出力インピーダンスは238Ωになりました。詳しくはつぎの記事をご参考になさってみてください。

発振器のすすめ

ところで、こういった低周波の実験には「発振器」があると便利です。発振器は「ファンクションジェネレータ」や「オシレーター」とも呼ばれます。ご参考になさってみてください。

▼ ファンクションジェネレータは自作することも可能です。

つくってみますか?
つくってみますか?

オシロスコープで波形を観察してみた

オシロスコープで波形を観察してみた。こちらは、500mVppの正弦波を、FETバッファ回路へ入力した時の出力のようすです。

500mVppの正弦波の観察
500mVppの正弦波の観察

上の波形が入力、下が出力となります。20kHz、1kHz、10kHzのすべてで歪みなくキレイに入力信号を出力できていますね。ギターやベースの出力信号は20Hzから6kHzあたりまでですから、その範囲で使うバッファ回路としては十分でしょう。

入力信号の大きさに気をつけよう

ただし、注意しておきたいことが一点あります。それは、入力信号が1Vpp以上だと波形が歪んでしまうことです。下の写真のように、1Vpp以上の信号を入れると、マイナス側がクリップされてしまいました。

1Vpp以上の正弦波の観察
1Vpp以上の正弦波の観察

さきほどの回路図を見ると、FETのゲートの1MΩがGNDに接地されています。本来なら、バイアス電位につなぐのが丁寧なやり方です。これだと、プラス側の入力電圧しか通せないので、マイナス側がクリップするのは当然なのです。

しかし、逆に言えば1Vpp以下の小信号ならば波形は歪まないということです。ギターやベースなどの出力は1Vpp以下(大きくても500mVppほど)ですから、ピックアップ出力を受け取るバッファ回路としては問題なさそうです。それに積極的に音を加工するエフェクターに使うなら、多少のクリップについて神経質にならなくても大丈夫そうです。

以上の点を踏まえて、このFETバッファ回路をご活用いただければと思います。

記事に関するご質問などがあれば、
@tosisico または お問い合わせ までご連絡ください。
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オススメの自作エフェクタ本

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  • 疑問だった電子部品の役割がわかってスッキリする

こちらは別の方が書いた本ですが、写真や図が多く初心者の方でも安心して自作エフェクターが作れる内容となってます。実際に製作する時の、ちょっとした工夫もたくさん詰まっているので大変参考になりました。

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