Course detail

Electronic Devices for SEE

FEKT-BPC-ESOSAcad. year: 2024/2025

Semiconductors physics. PN-junction. Semiconductor Diode. Bipolar junction transistors. Field effect transistors. Voltage amplifier in class A and AB. Transistor switches. Multilayer switching devices, thyristor, triac. Transistor switches IGBT, JFET, HEMT. Digital Circuits. Sensors. Data transfers. Radio communication systems.

Language of instruction

Czech

Number of ECTS credits

5

Mode of study

Not applicable.

Entry knowledge

The subject knowledge on the secondary school level is required.

Rules for evaluation and completion of the course

Numerical exercises, TEST 1 - 15 points; minimum 8 points.
Numerical exercises, TEST 2 - 15 points; point limit not set
Laboratory exercises: 20 points; minimum 12 points
Final exam - 50 points; minimum 25 points.
Laboratory practicum. Numerical practicum.

Aims

The acquirement of the knowledge about alectric components and electronic devices .
Based on the verification of the student's knowledge and skills in seminars, laboratory work and in the written exam, after completing the course the student is able to:

Define the parasitic properties of resistors and explain the effect of materials used and the design of resistors on the generation or suppression of their parasitic properties.
Define the parasitic properties of capacitors and explain the effect of materials used and the design of capacitors to create or suppress their parasitic properties.
Define the parasitic properties of the inductors and explain the influence of the materials used and the design of the inductors to create or suppress their parasitic properties.
Describe the mechanisms that take place in the PN junction in the equilibrium state and in the forward and backward polarizations.
Define the barrier and diffusion capacitance of the PN junction.
Explain the operation of the PN junction in the rectifier, voltage stabilizer, capacitance diode, photodiode and luminescent diode.
Describe the structure of the bipolar transistor and explain its operation.
Design and analyze a class A amplifier with bipolar transistor and a bipolar transistor switch.
Explain the principle and use of linear and nonlinear bipolar transistor models.
Describe the structures of the unipolar transistors JFET and IGFET and explain their operation.
Design and analyze Class A voltage amplifier and Switch with JFET and IGFET Transistors.
Explain the principle of feedback control.
Describe a Class AB power amplifier.
Describe the design of the operational amplifier and explain its operation.
Describe the structure of the thyristor and explain its operation using its substitution scheme.
Describe the structure of the triac.
Define the principle of phase-angle control of switching elements.
Draw and explain examples of typical circuits with thyristor and triac.
Describe transistor switching structures IGBT, JFET, HEMT.
Explain the principle of the transistor converter.
Define the principles for the design and analysis of digital circuits.
Explain the principle of CMOS circuit operation.
Explain the function of the flip-flops.
Describe ways to manage memory.
Draw and describe the connection of rectifiers for different application areas.
Draw and describe examples of stabilizer connection.
Describe and explain the mechanisms of photoluminescence and electroluminescence.
Explains the principles of LED control in lighting technology.
Describe examples of the use of temperature, pressure, humidity and flow sensors.
Explain the method of data transmission over high-voltage installations.
Describe examples of the use of radio communication systems.

Study aids

Not applicable.

Prerequisites and corequisites

Not applicable.

Basic literature

Singh J. : Semiconductor Devices ,McGraw-Hill
Boylestad R., Nashelsky L. :Electronic devices and Circuit Theory ,Prentice Hall
MUSIL V., BRZOBOHATÝ J., BOUŠEK J, PRCHALOVÁ I.: " Elektronické součástky", PC dir, BRNO, 1999
Boušek J., Kosina P., Mojrova B.: Elektronické součástky, FEKT VUT V BRNĚ, elektronické skriptum
Boušek J., Kosina P., Mojrova B.: Elektronické součástky sbírka příkladů, FEKT VUT V BRNĚ, elektronické skriptum
Boušek J., Kosina P.: Elektronické součástky BESO, laboratorní cvičení, FEKT VUT V BRNĚ, elektronické skriptum

Recommended literature

Not applicable.

Classification of course in study plans

  • Programme BPC-SEE Bachelor's 1 year of study, summer semester, compulsory

Type of course unit

 

Lecture

14 hod., optionally

Teacher / Lecturer

Syllabus

1) Přechod PN. Přechod PN v rovnovážném stavu, vyprázdněná oblast, difúzní napětí. Bariérová a difúzní kapacita. Ampér-voltová charakteristika přechodu PN. Průrazy přechodu PN. Jiné typy přechodů, přechod kov-polovodič. 2) Polovodičová dioda. Dioda v propustném a závěrném směru. Dioda jako usměrňovač, zdroj referenčního napětí, spínač a řízený odpor. Varikap, varaktor. Schottkyho dioda. Tunelová dioda. Fotodioda, Struktura PIN. Fotodioda PIN. Výkonová dioda PIN. 3) Typická zapojení obvodů s diodami. Přehled parametrů vybraných typů diod. Technologie výroby polovodičových součástek. 4) Bipolární tranzistor. Struktura bipolárního tranzistoru, princip činnosti. Normální režim, inverzní režim. Aktivní režim, saturační režim a závěrný režim tranzistoru. Ampér-voltové charakteristiky tranzistoru v zapojení se společným emitorem (SE). 5) Bipolární tranzistor. Základní obvody s tranzistory. Nastavení pracovního bodu. Princip tranzistorového zesilovače, zapojení SE, SB, SC, proudové a napěťové zesílení, vstupní a výstupní odpor. Tranzistor jako spínač. První a druhý průraz tranzistorové struktury. Charakteristické závislosti parametrů tranzistorů na pracovních podmínkách. 6) Unipolární tranzistory JFET, IGFET (MOSFET). Princip činnosti, základní typy a jejich struktury. Lineární (aktivní) režim a saturační režim. Ampér-voltové charakteristiky unipolárních tranzistorů. Unipolární tranzistor jako proudový zdroj, zesilovač, spínač a řízený odpor. Výkonové tranzistory FET, struktury DMOS, VDMOS, a VMOS. Paralelní integrace tranzistorů, struktura HEXFET. Tranzistor IGBT, struktura, princip činnosti, náhradní obvod. 7) Spínací prvky. Tyristor, základní struktura, funkce, náhradní schéma. Tyristor v závěrném, blokovacím a propustném stavu, ampérvoltové charakteristiky. Speciální druhy tyristorů, jejich použití. Triak, princip činnosti. Dvoubázová dioda. Diak. Použití spínacích prvků v regulačních obvodech.

Fundamentals seminar

26 hod., compulsory

Teacher / Lecturer

Syllabus

Dioda. Linearizace ampér-voltové charakteristiky diody, odpovídající náhradní obvod. Obvody s diodami v sériovém a paralelním zapojení. Diferenciální odpor diody v propustném směru. Dioda jako řízený odpor a jako spínač. Dioda jako usměrňovač. Stabilizační dioda. Ampér-voltová charakteristika a důležité parametry. Princip stabilizace napětí. Návrh napěťového stabilizátoru. Bipolární tranzistor. Nastavení pracovního bodu, grafické a numerické řešení. Napěťový zesilovač ve třídě A. Zapojení SE, SC a SB. Napěťové zesílení, vstupní odpor, výstupní odpor. Unipolární tranzistor JFET. Nastavení pracovního bodu, grafické a numerické řešení. Napěťový zesilovač ve třídě A. Napěťové zesílení, vstupní odpor, výstupní odpor. Unipolární tranzistor IGFET. Nastavení pracovního bodu, grafické a numerické řešení. Napěťový zesilovač ve třídě A. Napěťové zesílení, vstupní odpor, výstupní odpor. Výkonové spínače. Spínač s tranzistorem VDMOS. Chlazení polovodičových součástek. Praktické příklady a výpočty. Digitální obvody. Typy hradel. Kombinační obvody. Sekvenční obvody. Synchronní klopné obvody. Zapojení jednofázových a trojfázových usměrňovačů, dimenzování součástek. Lineární napájecí zdroje. Spínané napájecí zdroje. Napájecí zdroje pro LED. Senzory pro měření teploty, tlaku, vlhkosti a rychlosti proudění plynů a kapalin. Komunikační systémy. Modulace. Demodulace. Směšovače. Přenosy dat po silnoproudých rozvodech. Vysílání televize, mobilní komunikace, datové sítě – základní pojmy.

Laboratory exercise

12 hod., compulsory

Teacher / Lecturer

Syllabus

1) Zásady pro vzájemné propojování elektronických obvodů. Metody měření v elektronických obvodech. Derivační článek a integrační článek, určení časové konstanty. Diodový usměrňovač. Porovnání dynamických vlastností diod s různou technologií. AV charakteristiky polovodičových diod. 2) Diferenciální odpor polovodičového přechodu. Řízený napěťový dělič. Diodový spínač. Diodový stabilizátor napětí. Fotodioda. Bipolární transistor (BT). 3) Výstupní charakteristika BT v zapojení SE. BT jako napěťový zesilovač v zapojení SE. Zapojení pro nastavení pracovního bodu BT. BT jako spínač. 4) Tranzistory J-FET a VDMOS. Převodní charakteristika. Výstupní charakteristika. Napěťový zesilovač. Spínač s tranzistorem VDMOS. Zapojení s induktuvní zátěží. 5) Tyristor. Vstupní charakteristika. Spínací charakteristika. 6) Doměřování, náhradní cvičení, zápočet