JPS5848852B2 - キユウチヤクコウカトランジスタカイロ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、吸着効果トランジスタにスイッチ動作をせ
しめる回路に関するものである。

一般に、ｎ型の吸着効果トランジスタは、低温では負の
抵抗温度係数を示すが、表面水和物等の分解が速やかに
生じる温度では、温度が上昇すると共に、表面水和物等
の量が減少するため、抵抗が増大し、正の抵抗温度係数
を示す。

この現象は、表面状態に起因する吸着効果トランジスタ
のゲート作用によるものである。

さらに高温となり、表面水和物等が分解，蒸発されると
再び負の抵抗温度係数を示す。

以下、これについて説明する。第１図は、ｎ型の吸着効
果トランジスタの電圧一電流静特性を示すもので、曲線
ａは静特性曲線で、Ｐ点附近の動作点で表面水和物等が
平衡状態にあった吸着効果トランジスタを正常空気中で
測定した場合を示す。

従って、Ｐ点以外の曲線上の点は必ずしも完全に平衡状
態に達した値ではなく準平衡静特性とも言えるものであ
る。

破線で示す双曲線は等電力線であって、各曲線Ｃ ＋
ｄ ，ｅに附した数字は電力値（任意単位）を表わす。

定常状態において吸着効果トランジスタ試料の温度は電
力により定まるから、等電力線は等温度線でもある。

従って各双曲線に付した数字は、試料温度（任意単位）
をも表わす。

Ｌ１１Ｌ２は負荷線を示す。

まず、曲線ａが等電力線ｃ（０．１）との交点を過ぎる
ころからジュール発熱のために吸着効果トランジスタの
温度は上昇し、一般の半導体の特性と同様に抵抗値が下
がるため電流は増加し始める。

さらに、等電力線ｄ（０．３）に対応する温度に達する
と、表面水和物等の分解，蒸発が比較的急速に起り始め
る結果、ソース・ドレイン間抵抗は増大するので、吸着
効果トランジスタの端子電圧は増大（電流の減少を伴う
こともある）する。

この領域は正の抵抗温度係数を示す。

さらに、この領域では曲線ａは等電力線に平行に近く、
電源電圧変動や周囲温度変動による吸着効果トランジス
タの温度の変動が少なく安定である。

従って、この領域内のａ曲線上に動作点がくるように負
荷線Ｌ，を設定すると、Ｐ点の位置は安定である。

次に、等電力線ｅ（０．５）を越すと再び抵抗温度係数
は負となり、ジュール発熱のため通常の負持性サーミス
タと同じような曲線となる。

今、空気中に水素のような正イオン化吸着性のガスが混
入すると、吸着効果トランジスタ作用の結果、ソース・
ドレイン間抵抗は低下し、曲線ｂに示すような特性曲線
となる。

そこで、従来は吸着効果トランジスタをガス濃度測定の
ために使用する場合、負荷線Ｌ１ で定まる電圧ｖ１
と負荷インピーダンスＲ１ で吸着効果トランジスタ
を動作させると、回路を流れる電流は空気中で■１ と
なる。

一方、正イオン化吸着性のガスが存在している場合には
電流は■２ となり、ガス濃度と電流は１：１に対応す
るので、この電流を測定して、ガス濃度を測定していた
。

ところが、負荷線Ｌ２で示すように、曲線ａと三点で交
差するような電圧ｖ２，負荷インピーダンスＲ２を用い
て吸着効果トランジスタを動作させた場合には、空気中
における動作点はＰ点で電流■１ が流れるが、一度正
イオン化吸着性のガスに吸着効果トランジスタが接触し
、その抵抗値が一定の限界値以下に減少すると、動作点
はＱ点に移行し、電流■４が流れる。

この際Ｑ点における電力は、Ｐ点の電力よりも犬である
。

これは、ガス吸着のゲート作用による電流増加の他に温
度上昇による電流増加が重なったためである。

次に、正イオン化吸着性のガスが消散して吸着効果トラ
ンジスタの抵抗値が増大した後も、動作点はげ点に移行
し、電流■３が流れ続ける。

従って、ガス濃度と電流とは１：１に対応しないので、
吸着効果トランジスタを用いてガス濃度を測定する場合
には、このような負荷線Ｌ２で定まる電圧■２と負荷イ
ンピーダンスＲ２の条件で動作させることは望ましくな
いため、常に吸着効果トランジスタの静特性曲線と一点
でのみ交差するような負荷線Ｌ１ で定まる電圧，負荷
インピーダンスが用いられている。

この発明は、上記従来の吸着効果トランジスタの用い方
とは逆に、吸着効果トランジスタの静特性曲線と三点で
交差する負荷線で定まる電圧，負荷インピーダンスを用
いて動作させることにより、吸着効果トランジスタにス
イッチ動作をせしめることを目的とするものである。

以下、この発明を詳細に説明する。

第２図はこの発明の一実施例で、吸着効果トランジスタ
にスイッチ動作をせしめる回路図である。

まず、電源１と吸着効果トランジスタ２と負荷３とを互
いに直列に接続して閉回路を構成する。

さらに、吸着効果トランジスタ２の電圧一電流静特性曲
線と負荷線とが三点で交差するように、電源１の電圧と
負荷３の負荷インピーダンスの値をそれぞれ定める。

次に、動作について第１図，第２図に基づいて説明する
。

第１図に示すように、負荷線Ｌ２で定まる電圧■２，負
荷インピーダンスＲ２で吸着効果トランジスタ２を動作
させると、前にも説明したように、空気中における動作
点はＰ点で電流■１が流れている。

そこに、正イオン化吸着性のガスが混入した場合には、
吸着効果トランジスタ２の抵抗値が一定の限界値以下に
減少すると、動作点はＱ点に移行し、電流■４が流れる
。

このように、電流Ｉ１ から電流Ｉ４への変化は、不連
続的に急速に起こり、その上電流■４は電流■１ に比
し十分に大なる値である。

すなわち、ガス濃度がある一定値を起すとき電流のスイ
ッチ動作が生ずる。

このスイッチ動作を起動させる臨界ガス濃度は、負荷線
をかえてＰ点の位置を正の抵抗温度係数を示す静特性曲
線上を移動させることにより任意に選ぶことができる。

又、ガスが消散した後でも動作点はＱ点からｑ点に移行
するだけで電流■４ に近い電流■３が流れつづけ、Ｐ
点には戻らない。

すなわち記憶型のスイッチ動作をするので、負荷３に直
接ブザ又はリレー等を接続して、警報の自己保持を必要
とする警報器を構成することができる。

これは、別にスイッチ回路等を設けなくてもリレーのチ
ャタリングやブザの半鳴り状態を生じないので警報設定
点を正確に定めることができる。

第３図ａ ”’− ｃは、この発明の他の実施例で、リ
セット回路を設けた回路図を示すものである。

まず、第３図ａは電源１の両端に、リセットスイッチと
して常閉スイッチ４ａを介して互いに直列に接続された
吸着効果トランジスタ２と負荷３を接続する。

第３図ｂは、電源１と吸着効果トランジスタ２と負荷３
とを互いに直列に接続して閉回路を構成し、さらに、吸
着効果トランジスタ２の両端にはリセットスイッチとし
て常開スイッチ４ｂを接続する。

第３図Ｃは、電源１の両端に、リセットスイッチとして
切換スイッチ４ｃを介して互いに直列に接続されている
吸着効果トランジスタ２と負荷３を接続する。

この負荷３は切換スイッチ４Ｃにより負荷インピーダン
スがＲｌ ，Ｒ２ （ Ｒ２ ＜Ｒｌ ）に切り換え
られるように構成されている。

次に、動作について第１図と共に説明する。

第１図に示すように、ガスが消散した後でも動作点はＱ
点からｑ点へ移行するだけで、そのままでは動作点はｑ
点の状態にある。

そこで、動作点をｑ点から元のＰ点にリセットするため
には、第３図ａに示す場合には、常閉スイッチ４ａをオ
フとして、第３図ｂに示す場合には常開スイッチ４ｂを
オンとして、吸着効果トランジスタ２の温度が正の抵抗
温度係数の領域に対応する温度に低下するまでの時間、
一時的に吸着効果トランジスタ２に流れる電流をしゃ断
する。

第３図Ｃに示す場合には、切換スイッチ４Ｃにより負荷
３の負荷インピーダンスをＲ１に切り換えて、吸着効果
トランジスタ２で消費される電力を曲線ｅ以下に保持す
ればよい。

このようにして所望時間経過後、再びリセットスイッチ
を元の状態にすれば、動作点はＰ点になる。

第４図は、この発明の他の実施例で、多点式警報器の回
路図を示すものである。

まず、電源１とブザ又はリレーを直列に接続し、この両
端にリセットスイッチ４を介して直列に接続されている
吸着効果トランジスタ２および負荷３とを複数個並列に
接続して多点式警報器を構成する。

これは、第１図より明らかなように、吸着効果トランジ
スタ２がスイッチ動作する場合、電流■４は電流■１
に比し十分大きな値であるため、吸着効果トランジスタ
２を並列使用して多点式警報器を簡便に作ることができ
る。

第５図は、Ｓｎ０２焼結型吸着効果トランジスタの電圧
一電流特性を示すもので、曲線ｆは２２℃，１００φ相
対湿度の空気中における場合、曲線ｇは１ ０ ０ ｐ
ｐｍイソブタンガスの雰囲気中の場合、曲線ｈは１００
０ｐｐｍイソブタンガス雰囲気中の場合を示す。

Ｌ３，Ｌ４は負荷線である。第６図は、第５図に示す負
荷線Ｌ３ ｔ Ｌ４で定まる電圧と負荷インピーダンス
で吸着効果トランジスタ２を動作させた時の電流−イソ
ブタンガス濃度特性を示すものである。

図中に曲線ｉで示すように、第５図に示す吸着効果トラ
ンジスタ２の静特性曲線（曲線ｆ）と一点でのみ交差す
る負荷線Ｌ３で吸着効果トランジスタ２を動作させた場
合には、雰囲気中のイソブタンガス濃度と電流は１：１
に対応する。

一方、曲線ｊで示すように、第５図に示す曲線ｆと三点
で交差する負荷線Ｌ４ で吸着効果トランジスタ２を動
作させた場合には、イソブタンガス濃度が約１ ０ ０
ｐｐｍで電流は不連続的に増大し、又イソブタンガス
濃度を減少させた時にヒステリシス現象を示した。

以上述べたように、この発明によれば、吸着効果トラン
ジスタの静特性曲線と三点で交差するように電圧と負荷
インピーダンスとを設定したので、特定のガス濃度で吸
着効果トランジスタの電気抵抗値が急変するスイッチ動
作を示す。

従って、負荷に直接ブザ又はリレー等を接続することに
より、従来のように別にスイッチ回路を設ける必要もな
く、リレーのチャックリングやブザーの半鳴り状態を生
じないので、警報設定点を正確に定めることができると
共に良効な警報回路を得ることができる。

又、一度設定濃度のガスに接触すると、吸着効果トラン
ジスタの電気抵抗値が減少したまま保持されるので、瞬
間的なガス洩れが生じた場合も確実に動作し且つ警報が
持続される。

又、リセット回路を附加することにより吸着効果トラン
ジスタを元の動作点に戻し再び通常な動作状態におくこ
とができる。

又、スイッチ動作を起動させる臨界ガス濃度は、電圧と
負荷インピーダンスを選ぶことにより、ある範囲内で自
由に設定することができる。

その上、特定のガス濃度で電流が急変する時の電流値が
犬であるため、多点式警報器を簡便に構成することがで
きる等多くの効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はｎ型の吸着効果トランジスタの電圧電流特性図
、第２図はこの発明の一実施例を示す回路図、第３図ａ
”− ｃはこの発明の他の実施例を示す回路図、第４
図はこの発明のさらに他の実施例を示す回路図、第５図
はＳ ｎ ０２焼結型吸着効果トランジスタの電圧一電
流特性図、第６図は電流とイソブタンガス濃度特性図で
ある。 図中、１は電源、２は吸着効果トランジスタ、３は負荷
、４はリセットスイッチである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電源と、この電源に直列に接続された吸着効果トラ
   ンジスタと、この吸着効果トランジスタと直列に接続さ
   れた負荷とよりなり、前記吸着効果トランジスタの電圧
   一電流静特性曲線と負荷線とが三点で交差するように前
   記電源の電圧と前記負荷の負荷インピーダンスとを設定
   したことを特徴とする吸着効果トランジスタ回路。 ２ 前記吸着効果トランジスタのソース・ドレイン間電
   流を一時的にしゃ断又は減少するリセット回路を設けた
   ことを特徴とする特許請求の範囲１記載の吸着効果トラ
   ンジスタ回路。