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@vivliostyle/theme-academic - npm Package Compare versions

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scss/theme_print.scss

6

CHANGELOG.md

@@ -6,2 +6,8 @@ # Change Log

# [0.4.0](https://github.com/vivliostyle/themes/compare/@vivliostyle/theme-academic@0.3.1...@vivliostyle/theme-academic@0.4.0) (2021-11-07)
### Features
- update cli version to v4.3.2 ([5be7268](https://github.com/vivliostyle/themes/commit/5be72685499e73826def6859e04f6645c859391e))
## [0.3.1](https://github.com/vivliostyle/themes/compare/@vivliostyle/theme-academic@0.3.0...@vivliostyle/theme-academic@0.3.1) (2021-06-19)

@@ -8,0 +14,0 @@

69

example/fet.md

@@ -11,7 +11,9 @@ # FET の特性

## 目的
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。
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。
## 原理
### 半導体
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。

@@ -22,4 +24,5 @@

### 電界効果トランジスタの動作原理
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。
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。<a href="#n_fet" data-ref="fig"></a> に n チャネル型 FET、<a href="#p_fet" data-ref="fig"></a> に p チャネル型 FET の構造を簡略化して示した。

@@ -35,11 +38,15 @@

<!-- 図 -->
![n チャネル型 FET](https://cdn-ak.f.st-hatena.com/images/fotolife/y/yamasy1549/20200808/20200808190103.png)
<span id="n_fet"></span>
<!-- ここまで図 -->
<!-- 図 -->
![p チャネル型 FET](https://cdn-ak.f.st-hatena.com/images/fotolife/y/yamasy1549/20200808/20200808190107.png)
<span id="p_fet"></span>
<!-- ここまで図 -->

@@ -50,29 +57,39 @@

### 静特性実験
<a href="#circuit_static" data-ref="fig"></a> に示す回路を作製した。
<!-- 図 -->
![静特性実験の回路](https://cdn-ak.f.st-hatena.com/images/fotolife/y/yamasy1549/20200808/20200808194807.png)
<span id="circuit_static"></span>
<!-- ここまで図 -->
#### $V_{GS} - I_{D}$ 特性
$V_{GS}$ を 0 V から 4.5 V まで変化させたときの $I_{D}$ の値を測定した。 $V_{DS}$ が 3 V、10 V の場合のそれぞれについて行った。
#### $V_{DS} - I_{D}$ 特性
$V_{DS}$ を 0 V から 18 V まで変化させたときの $I_{D}$ の値を測定した。 $V_{GS}$ 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。
### 動特性実験
<a href="#circuit_dynamic" data-ref="fig"></a> に示す回路を作製した。
<!-- 図 -->
![動特性実験の回路](https://cdn-ak.f.st-hatena.com/images/fotolife/y/yamasy1549/20200808/20200808205247.png)
<span id="circuit_dynamic"></span>
<!-- ここまで図 -->
#### 30 V を印加したときのゲート電圧 $V_{GS}$
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 $V_{GS}$ を調べた。
#### 入力信号 $f$ に対する出力 $v_{D}$ の変化
入力端子に $f =$ 1 kHz の微小な正弦波を入力し、 $v_{D}$(出力)が $v_{G}$(入力)に対しどのような変化をするか調べた。ただし、 $v_{G}$ は 50 mV から 3000 mV まで変化させた。

@@ -83,2 +100,3 @@

#### 電圧増幅率 $\mu$ の周波数特性
入力電圧を 1 V とし、周波数 $f$ を 0.004 kHz から 3000 kHz まで変化させ、電圧増幅率 $\mu$ 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 <a href="#instruments" data-ref="table"></a> に示す。

@@ -134,5 +152,7 @@

#### $V_{GS} - I_{D}$
実験結果を <a href="#vgs_id" data-ref="fig"></a> に示す。 $V_{GS}$ が 2 V 以下で $I_{D}$ は $V_{GS}$ が大きくなるにつれて減少し、 $V_{GS}$ が 2 V 以上では $I_{D}$ はほぼ 0 A となった。また、 $V_{DS}$ の値が大きいほど $I_{D}$ の値は大きくなった。
#### $V_{DS} - I_{D}$ 特性
実験結果を <a href="#vds_id" data-ref="fig"></a> に示す。 $V_{DS}$ が 0 V から 2 V までの範囲で $I_{D}$ 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。 $V_{DS}$ の値が大きいほど $I_{D}$ の値は小さくなった。

@@ -143,33 +163,43 @@

#### 30V を印加した時のゲート電圧 $V_{GS}$
$V_{GS}$ の値は 1.42 V であった。
#### 入力信号 $f$ に対する出力 $V_{D}$ の変化
実験結果を <a href="#f_vd" data-ref="fig"></a> に示す。 $v_{G}$ が 50 mV から 300 mV までの範囲で $v_{D}$ は $v_{G}$ にほぼ比例していた。 $v_{G}$ が 1000 mV を超えると出力波形の傾きは負になった。また、 $v_{G}$ が 400 mV に なると $v_{G} - v_{D}$ 曲線の傾きは次第に小さくなり、出力波形が歪みだした。
#### 電圧増幅率 $\mu$ の周波数特性
実験結果を <a href="#f_mu" data-ref="fig"></a> に示す。周波数 $f$ が 10 Hz 以上 50 kHz 以下の時に電圧増幅率 $\mu$ は一定 (17〜18 V)となった。周波数 $f$ が 10 Hz 以下及び 50 kHz 以上の時に電圧増幅率 $\mu$ は低下した。
<!-- 図 -->
![$V_{DS}$ を固定した時の $V_{GS}$ に対する $I_{D}$ の変化](https://cdn-ak.f.st-hatena.com/images/fotolife/y/yamasy1549/20200808/20200808211415.png)
<span id="vgs_id"></span>
<!-- ここまで図 -->
<!-- 図 -->
<!-- 図 -->
![$V_{GS}$ を固定した時の $V_{DS}$ に対する $I_{D}$ の変化](https://cdn-ak.f.st-hatena.com/images/fotolife/y/yamasy1549/20200808/20200808211420.png)
<span id="vds_id"></span>
<!-- ここまで図 -->
<!-- 図 -->
![入力信号 $f =$ 1 kHz に対する出力 $v_{D}$ の変化](https://cdn-ak.f.st-hatena.com/images/fotolife/y/yamasy1549/20200808/20200808211425.png)
<span id="f_vd"></span>
<!-- ここまで図 -->
<!-- 図 -->
![電圧増幅率 $\mu$ の周波数特性](https://cdn-ak.f.st-hatena.com/images/fotolife/y/yamasy1549/20200808/20200808211430.png)
<span id="f_mu"></span>
<!-- ここまで図 -->

@@ -180,66 +210,75 @@

### 電圧増幅率 $\mu$ の計算
<!--
【ディスプレイ数式モード】
数式の次の行が新しい<p></p>になってしまうので、インライン数式を使っている(本当はすべて1つの<p></p>の中に収まってほしい)
https://github.com/vivliostyle/vfm/issues/37
-->
<a href="#vgs_id" data-ref="fig"></a> の $V_{GS} - I_{D}$ 特性($V_{DS}$ = 3 V)のグラフを 0 V $\leq V_{GS} \leq$ 2.5 V の範囲で抜き出し、二次式
$$
I_{D} = {0.549 (V_{GS} + 0.649)^2 - 3.389 (V_{GS} + 0.381) + 4.297 } \times 10^{-3}
$$
で近似したものを <a href="#vgs" data-ref="fig"></a> に示す。 $V_{GS} =$ 1.42 V での傾きは、
$$
I_{D}^{'} (1.098 V_{GS} - 2.676) \times 10^{-3}
$$
より
$$
I_{D}^{'} (1.42) = -1.117 [\mathrm{mS}]
$$
と求められる。これを相互コンダクタンス $g_m$ とする。
次に <a href="#vds_id" data-ref="fig"></a> の $V_{DS} - I_{D}$ 特性($V_{DS} =$ 0.8 V)のグラフにおいて、傾きが小さい 6.0 $\leq V_{DS} \leq$ 8.0 V の範囲で傾きを求める。
$$
\frac{0.70 - 0.69}{8.0 - 6.0} \times 10^{-3} = 5.0 \times 10^{-6}
$$
逆数をとり、
$$
\frac{1}{5.0 \times 10^{-6}} = 2.0 \times 10^{5} [Ω]
$$
これをドレイン抵抗 $r_d$ とする。
相互コンダクタンス $g_m$ とドレイン抵抗 $r_d$ から電圧増幅率 $\mu$ を求めると、
$$
\mu = g_m \times r_d = -2.234 \times 10^2
$$
となる。
### 出力が歪みだす原因
<a href="#vds_id" data-ref="fig"></a> から分かるように、ドレイン - ソース間電圧 $V_{DS}$ が 1 V より大きくなるとドレイン電流 $I_{D}$ は飽和してしまう。<a href="#f_vd" data-ref="fig"></a> で見られた歪み開始点と <a href="#vds_id" data-ref="fig"></a> の法話会支店に関係があり、 $v_{D}$ が $I_{D}$ の関数であると仮定すれば、出力電圧 $v_{D}$ が歪みだすのはドレイン電流 $I_{D}$ の飽和によるためと考えられる。
### 周波数帯域
電圧増幅率の最大値の $2^{-0.5}$ 倍以上の周波数範囲(周波数帯域)を求める。<a href="#vds_id" data-ref="fig"></a> より $\mu$ の最大値は 17 なので
$$
17 \times 2^{-0.5} = 12
$$
よって周波数帯域は
$$
10 \mathrm{Hz} \leq f \leq 100 \mathrm{kHz}
$$
となる。
<!-- 図 -->
<!-- 図 -->
![$V_{GS} - I_{D}$ 特性の近似](https://cdn-ak.f.st-hatena.com/images/fotolife/y/yamasy1549/20200808/20200808222501.png)
<span id="vgs"></span>
<!-- ここまで図 -->
<!--
【カウンタを使わない】
見出しに対するclass付与は未実装のため、HTMLを直接書いて代用
-->
## 参考文献 {.nocounter}
<h2 class="nocounter">参考文献</h2>
<ol class="reference">

@@ -246,0 +285,0 @@ <li>TOKYO ELECTRON, 半導体の原理, http://origin.tel.co.jp/museum/exhibition/principle/, 参照2020/08/08</li>

{
"name": "@vivliostyle/theme-academic",
"description": "Academic theme",
"version": "0.3.1",
"version": "0.4.0",
"author": "Vivliostyle <mail@vivliostyle.org>",
"scripts": {
"build": "run-p build:scss",
"build": "run-p build:scss build:vivliostyle",
"build:scss": "sass scss:.",
"build:vivliostyle": "vivliostyle build",
"dev": "run-p preview watch:scss",

@@ -15,6 +16,6 @@ "preview": "vivliostyle preview",

"devDependencies": {
"@vivliostyle/cli": "^3.3.0",
"@vivliostyle/cli": "^4.3.2",
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@@ -53,3 +54,3 @@ "files": [

},
"gitHead": "74813647f061eef972ac36c3f1dd947cdadfd1ac"
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module.exports = {
language: 'ja',
size: 'A4',
theme: 'theme_print.css',
entry: [
{
path: 'example/fet.md',
theme: 'theme_common.css',
},
{
path: 'example/microcomputer.md',
theme: 'theme_cover.css',
},

@@ -13,0 +12,0 @@ ],

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