トランジスタ雑音実測データ


メーカー発表のカタログには「低雑音」と表示したものや「NF(雑音指数)」を公開して低雑音であることを謳ったものと、雑音性能については一切触れていないものとがあります。このようなドキュメントを見てしまうと、MCヘッドアンプやPHONOイコライザなど低雑音性能が要求される回路には低雑音タイプのトランジスタでなければまずいのではないか、そうではないトランジスタを使ったらひどいノイズに悩まされるのではないかと思ってしまいます。

トランジスタの性質について基本的な理解がある人からみると、そのような表記は全くあてにならないことが普通に理解されるわけですが、多くの自作オーディオファンにとってはトランジスタの雑音発生メカニズムはわかりにくく、カタログ表記が頼りなところがあります。トランジスタの雑音発生のしくみについて書き始めるとかなり長くなってしまうのと、文系のオーディオファンにとって苦手な数式の連続になってしまうので専門サイトに譲るとして、本稿ではできるだけ平易な解説と実用的なデータを公開しようと思います。

ご注意:以下のデータはある条件における結果に過ぎません。アンプの設計はさまざまな要素の集合ですので(いつも言っていることですが)あちらを立てればこちらが立たずな関係があります。データは重要な参考になりますが鵜呑みにしないこと、リニア思考で「こうすればこうなるはず」と早合点しないことです。


試験回路

ご注意:試験回路に改善すべき点がみつかったので現在修正作業中です。


PNP/NPN各種トランジスタの違い

手元にあるいくつかのトランジスタについて、帯域を80kHzで切った場合と20kHzで切った場合とを測定してみました。測定時のコレクタ電流は約1mAです。エミッタ抵抗として10Ωを入れてあるためこの10Ωによる雑音も含まれていますが、いずれエミッタ抵抗なしのデータに変更します。トランジスタによって測定時の利得が正確に同じにはならなかったので、測定で得た雑音電圧を入力値に換算して同列で比較できるようにしてあります。トランジスタごとの傾向ははっきりと出たように思います。

PNP/NPNトランジスタ利得雑音電圧(20kHz)分類コンプリペア
測定値入力換算値
PNP2SA836204.8倍51μV0.251μV低雑音---
2SA872A204.8倍53μV0.259μV低雑音2SC1775A
2SA970211.8倍35μV0.165μV低雑音2SC2240
2SA1015203.0倍43μV0.212μV汎用小信号2SC1815
2SA1680211.8倍34μV0.161μV小電力2SC4408
2SA950211.8倍32μV0.151μV小電力2SC2120
2SA1358211.8倍35.5μV0.168μV中電力2SC3421
2SA1359211.8倍32μV0.151μV中電力2SC3422
2SA1931215.2倍31.5μV0.146μV大電力2SC4881
NPN2SC1344203.0倍69μV0.340μV低雑音---
2SC1775A206.5倍69μV0.334μV低雑音2SA872A
2SC2240210.1倍40μV0.190μV低雑音2SA970
2SC945204.8倍58μV0.283μV汎用小信号2SA733
2SC1815203.0倍51μV0.251μV汎用小信号2SA1015
2SC4408210.1倍35μV0.167μV小電力2SA1680
2SC3421206.5倍36μV0.174μV中電力2SA1358
2SC3422206.5倍34μV0.165μV中電力2SA1359
2SC4881211.8倍34μV0.161μV大電力2SA1931

簡単にまとめると:
(1)一般的に言われてきたことですが、NPN(2SC)よりもPNP(2SC)の方が常に低雑音です。コンプリペ同士で比較するとよくわかります。同じ雑音電圧の場合はPNPの方が雑音の耳障りは良いです。
(2)低雑音トランジスタと表記されているもの(2SA872A、2SA970、2SC1775A、2SC2240)よりも、低雑音と表記されていないもの(2SA1680、2SA950、2SC4408)の方が低雑音なことがあります。トランジスタの雑音は、ベース広がり抵抗(rbb')の大きさに大きく依存するので、意図的にベース広がり抵抗値が小さいトランジスタを選んでぶつけてみました。
(3)パワー(電力用)トランジスタは基本的に低雑音ですが、大電流タイプほどより低雑音です。但し、大型のトランジスタほど内部容量(Cob)が大きいので単純にオーディオ回路に適用できるとは限りません。


コレクタ電流による違い

トランジスタ回路に関わる雑音はコレクタ電流値によって変化します。実際のところどうなのか確かめてみることにしました。雑音が多目のトランジスタの代表として2SC1815-GR、ローノイズ側の代表として2SC2240-BLでデータを取って比較しています。

<エミッタ抵抗=0Ω・・・エミッタ抵抗をショート>

トランジスタコレクタ電流利得雑音電圧(80kHz)雑音電圧(20kHz)
測定値入力換算値測定値入力換算値
2SA1815-GR0.5mA39.5倍21.4μV0.542μV11.1μV0.281μV
1.0mA78.9倍36.2μV0.459μV19.4μV0.246μV
2.0mA157.1倍66.0μV0.420μV35.7μV0.227μV
2SC2240-BL0.5mA39.5倍14.8μV0.375μV8.5μV0.215μV
1.0mA78.9倍25.3μV0.321μV13.8μV0.175μV
2.0mA157.1倍45μV0.286μV24.5μV0.156μV

雑音のコレクタ電流依存性は、コレクタ電流と正の相関があると言われていますが、概ねその傾向が得られました。

注意:トランジスタは、コレクタ電流値によって音が変化することがあります。大電流が苦手なトランジスタ、小電流が苦手なトランジスタもあります。アンプとして組み上げた場合、初段トランジスタのコレクタ電流を0.5mAから1mA〜2mAに増やしてもトータルの雑音は変化しないという現実も経験しています。ノイズに気をとられて無闇にコレクタ電流を減らすことが良い結果を生むとは限りません。


パラレル接続

一般には、2パラにすると雑音レベルは1/√2になり、4パラにすると1/2になると説明されています。実測結果は以下のようになりました。なお、測定回路の都合上、パラレル時のコレクタ電流は1本の時よりも若干少なくなっています。測定時に混入する雑音をもっと減らすことができれば、もう少し信頼性の高いデータが得られると思います。

トランジスタ本数コレクタ電流利得雑音電圧(20kHz)
測定値入力換算値
2SA1015-GR1本1.07mA203.0倍43μV0.212μV
2本(パラレル)0.97mA×2190.0倍32.5μV0.171μV
4本(パラレル)0.90mA×4163.3倍22.5μV0.138μV

注意:パラレル接続にすると雑音を減らすことはできますが、音が良くなるわけではありません。むしろパラレルにしたことで音が悪くなったと感じることもあります。



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