diff --git a/packages/@vivliostyle/theme-academic/example/fet.html b/packages/@vivliostyle/theme-academic/example/fet.html new file mode 100644 index 0000000..4000008 --- /dev/null +++ b/packages/@vivliostyle/theme-academic/example/fet.html @@ -0,0 +1,271 @@ + + +
+ +FETの特性を調査するとともに、FETを用いた回路の作製に習熟することを目的とする。
+物質は、電流が流れる導体と電流が流れない絶縁体、ある条件によって電流が流れる半導体に分類できる。これらはバンドギャップの幅の違いで区別でき、バンドギャップが大きいと電子が移動できず電流が流れない。半導体は絶縁体に比べてバンドギャップが小さく、半導体に不純物を混ぜることで電子や空孔の流れを制御できる。
+半導体にはシリコンやゲルマニウムがよく使われるが、それらの結晶の性質は絶縁体に近く、電圧をかけても電気はほとんど流れない。しかしそこに電子を余計にもったリンなどの不純物をほんの少し加えるだけで、導体のような性質に変化する。この電子を余計にもった不純物が含まれる半導体を n (negative) 型半導体、逆に電子の少ないホウ素などの不純物が入った半導体を p (positive) 型半導体と呼ぶ。p 型半導体では、正孔と呼ばれる電子が足りない穴が電子の代わりの働きをし、+の電子が動き回るように振舞う。この n 型と p 型を接合させることにより、電界の向きによって電流が流れたり流れなかったりする整流作用が現れる。
+p 型半導体と n 型半導体を接合することを pn 接合という。pn 接合すると、p 型半導体と n 型半導体の境界部分で電子と正孔が結合し、境界部分の n 側に+、p 側に − の電気を帯びた領域ができる。この2つの領域は空乏層と呼ばれ、電流が流れない領域である。しかし、 p 側から n 側に電圧をかけると、空乏層で結合できなかった電子と正孔が接近し、一時的に空乏層が小さくなる。空乏層の厚さが十分に小さくなった時、電子と正孔がそれぞれ空乏層を越えられるようになるため、拡散電流が流れる。この p 側から n 側に電流が流れる方向を順方向という。逆方向に電圧をかけると空乏層は大きくなり、拡散電流は流れない。このように、pn 接合によって整流を行う素子をダイオードと呼ぶ。
+FET には 3 本の端子が出ており、それぞれゲート (G)、ドレイン (D)、ソース (S) と名前がついている。FET は n 型半導体と p 型半導体の組み合わせでできており、チャネルの物質的性質によって n チャネル型 FET と p チャネル型 FET に分類できる。n チャネル型 FET はドレインとソースの電極周辺が n 型半導体で、その間が p 型半導体である。p チャネル型 FET はドレインとソースの電極周辺が p 型半導体で、その間が n 型半導体である。 に n チャネル型 FET、 に p チャネル型 FET の構造を簡略化して示した。
+ ++ +
+
+
を 0 V から 4.5 V まで変化させたときの の値を測定した。 が 3 V、10 V の場合のそれぞれについて行った。
+を 0 V から 18 V まで変化させたときの の値を測定した。 が 0.2 V、0.4 V、0.6 V、0.8 V の場合のそれぞれについて行った。
++
回路に入力電圧として 30 V 加えた時のソースに対するゲートの電圧 を調べた。
+入力端子に 1 kHz の微小な正弦波を入力し、 (出力)が (入力)に対しどのような変化をするか調べた。ただし、 は 50 mV から 3000 mV まで変化させた。
+また、出力波形が歪みだす時の を調べた。
+入力電圧を 1 V とし、周波数 を 0.004 kHz から 3000 kHz まで変化させ、電圧増幅率 の周波数特性を調べた。静特性・動特性の実験で使用した器具の一覧を に示す。
+名称 | +製造会社 | +型番 | +製造番号 | +規格 | +
---|---|---|---|---|
FET | +- | +K30AGR5D | +- | +- | +
コンデンサ | +- | +85P4, 7414 | +- | +16V, l6 $\mu$ F | +
直流電源 | +METRONIX | +543A | +176541 | +40V, 0.5A | +
デイジタルマルチメ一タ | +TEXIO | +DL-2040 | +13010369 | +16VA, 50/60Hz | +
オシロスコ一プ | +EZ | +OS-5020 | +8075246 | +20MHz | +
フアンクションジエネレ一タ | +IWATSU | +SG-4105 | +3227463 | +15MHz | +
発振器 | +KENWOOD | +AG-204D | +11070316 | +50/6O[Hz], 10.8[W] | +
テスタ | +YOKOGAWA | +732-01 | +9861132 | +- | +
実験結果を に示す。 が 2 V 以下で は が大きくなるにつれて減少し、 が 2 V 以上では はほぼ 0 A となった。また、 の値が大きいほど の値は大きくなった。
+実験結果を に示す。 が 0 V から 2 V までの範囲で の値は急激に増加し、2 V 以降は増加減少を繰り返しながら全体的に増加した。 の値が大きいほど の値は小さくなった。
+の値は 1.42 V であった。
+実験結果を に示す。 が 50 mV から 300 mV までの範囲で は にほぼ比例していた。 が 1000 mV を超えると出力波形の傾きは負になった。また、 が 400 mV に なると 曲線の傾きは次第に小さくなり、出力波形が歪みだした。
+実験結果を に示す。周波数 が 10 Hz 以上 50 kHz 以下の時に電圧増幅率 は一定 (17〜18 V)となった。周波数 が 10 Hz 以下及び 50 kHz 以上の時に電圧増幅率 は低下した。
+ ++ +
+ +
+ +
+
の 特性( = 3 V)のグラフを 0 V 2.5 V の範囲で抜き出し、二次式
+より
+と求められる。これを相互コンダクタンス とする。
+次に の 特性( 0.8 V)のグラフにおいて、傾きが小さい 6.0 8.0 V の範囲で傾きを求める。
+逆数をとり、
+これをドレイン抵抗 とする。
+相互コンダクタンス とドレイン抵抗 から電圧増幅率 を求めると、
+となる。
+から分かるように、ドレイン - ソース間電圧 が 1 V より大きくなるとドレイン電流 は飽和してしまう。 で見られた歪み開始点と の法話会支店に関係があり、 が の関数であると仮定すれば、出力電圧 が歪みだすのはドレイン電流 の飽和によるためと考えられる。
+電圧増幅率の最大値の 倍以上の周波数範囲(周波数帯域)を求める。 より の最大値は 17 なので
+よって周波数帯域は
+となる。
+ ++