MOS-FETの使い方

質問

ギター用エフェクターやミキサーのパラメータを外部入力される音声信号で制御する回路の製作を考えています。
まず、手元の回路図から音の大きさを電圧に変えるエンベロープフォロワを作りました。この回路の出力は数十mVから数Vですが、この出力電圧でエフェクターやミキサーの操作をしたいと考えています。出力電圧をFETに入力してLEDを駆動し、光をCdSで受けてミキサーのボリュームつまみなどの抵抗値を変化させる図のような回路を思いつきましたが、正しいかどうか不安です。
また、R1,R2の定数の決め方が分かりません。
他の方法やアドバイスなど、何でもよいのでよろしくお願いします。

回答No.1

tance · ベストアンサー

ギターのエフェクタの原理を知らないのですが、CdSはON/OFFではいけないのですよね。

リニア制御をしたいならMOSFETはこのようなスイッチ的な使い方をしない方が良いと
思います。

音声レベルを数10mV～数Vの直流に変えられたのですから、そのレベルをそのまま
CdSのLED電流に変換するのが良いのではないでしょうか。

それにはLEDの直列抵抗(600Ω？）をFETのソース～GNDに入れると良いです。
ドレインには抵抗は不要です。また、ゲートは抵抗などなしで直接音声レベル信号を
つなぎます。

つまり、電圧-電流変換回路とする訳です。
本当はFETのゲート閾値電圧分シフトすると、よりリニアになります。

お礼

早速の回答ありがとうございます。

補足

お察しの通りCdSにはリニアな変化を求めています。
LEDの電流制限抵抗をドレイン側に入れる場合とソース側に入れる場合の違いがよく分かりません。
また、製作したエンベロープフォロワ回路の出力はオペアンプの4558ですが、直接ゲートにつないでもオーバードライブにはならないのでしょうか？

FETのゲート閾値電圧分シフトする、とはR1,R2で入力電圧を分圧するということでよろしいでしょうか。データシートによると2SK2201の閾値は0.8～２Vとなっていますので、それにゲートレベルを合わせればいいということですね。

初心者のとんちんかんな質問かもしれませんが、よろしければ解説お願いします。

ちなみに今回製作しましたエンベロープフォロワ回路です。http://kazukiakiyoshi.cocolog-nifty.com/photos/schem/image1.jpg
また、製作予定のピッチコンバータ回路です。http://kazukiakiyoshi.cocolog-nifty.com/photos/schem/image2.jpg
不明瞭な画像で恐縮ですが参考までに。

回答No.3

tance

MOS-FETのゲートをオープンにするとちょっとした電荷で不安定になったり
最悪破壊されたりします。
４５５８などICの出力が接続されていれば、電源が切れていてもゲート
オープンにはあたりません。

お礼

安心しました。
この度はいろいろ細かく解説していただき本当に勉強になりました。ありがとうございます。

回答No.2

tance

#1 tanceです。

抵抗をFETのソース～GND間に入れると、FETはソースフォロワの動作
となり、この抵抗の電圧はVG-VGSとなります。VGはゲートに与える電圧、
VGSはFETのゲート～ソース間電圧です。　（VGSは閾値電圧くらいなので
この場合、0.8V～2Vです。）

つまり、このVG-VGSという電圧を抵抗で割れば抵抗に流れる電流が
わかり、この電流はFETのドレイン電流と同じです。（他に流入流出する
ルートがないから）つまり、LEDの電流はソース側に移した抵抗の電流と
同じになります。

FETのゲート信号電圧を閾値分シフトすると良いというのは、抵抗の
電圧をVG-VGS + VGS=VG とすることで、信号電圧とLED電流を
きれいに比例させるためです。

従って、音声レベルフォロワ出力電圧に常時0.8～2Vを足す回路が
必要になります。厳密にやろうとすると加算回路をOPで作ることに
なりますが、もっとラフにやる方法もあります。

R1は残して、R2を取り払い、R2の代わりに定電流ダイオード(1mA弱
くらいのもの）を介して9VからR1に流し込みます。この電流×R1が
上記シフト分になります。無音のときにLEDが消灯・点灯のぎりぎりに
なるようにR1を調整します。

今回はマイナス電源があるようなので、もっと簡単にできます。
ソースに移した600ΩをGNDではなく適当なマイナス電源につなぐのです。
VG=0のときに抵抗の両端がちょうと0Vになるようなマイナス電源が
必要です。実際は可変電圧源など不要で、抵抗とボリウムで作れます。

なお、FETのゲートは直流的には非常に高いインピーダンスなので
OP出力＋R1という信号源で十分駆動できます。

LED電流はせいぜい20mAくらい以下だろうと思うので、2SK2201は
ちょっと大きすぎます。（ナタでヒゲを剃る感じ？）2SK1062くらいで
十分です。（2SK2201でも動作はします）

お礼

丁寧なご説明ありがとうございます。よく分かりました。

補足

大体理解できました。特に電圧‐電流変換の仕組みは勉強になりました。
本当に感謝しています。何か差し上げたいくらいです。

そろそろ製作に取り掛かります。
とりあえずソース側に抵抗を入れ、ゲート信号電圧をシフトする回路は抜きでやってみて、反応を見て検討します。

最後に一つ質問があります。MOS-FETはゲート端子が浮いていると（フロート状態）誤作動や破損の恐れがあると聞いているのですが、この場合4558の出力につなげてあればフロート状態になる恐れは無いのでしょうか。
当たり前のことかも知れず恐縮ですが心配です。

2SK1062
教えていただきありがとうございます。データシートを見ました。確かにこちらのほうが適していますね。MOS-FETを今回初めて使うのでどんな製品があるのかほとんど知らずに(調べずに)選びました。今後もっと知識を増やしてゆきたいです。