Detail předmětu

Electronic devices.

FEKT-CESOAk. rok: 2011/2012

Základy fyziky polovodičů. Přechod PN. Polovodičová dioda. Bipolární tranzistor. Unipolární tranzistory. Spínací prvky tyristor, triak, diak, tranzistor IGBT. Optoelektronické prvky. Vakuové a mikrovlnné součástky. Obrazovky.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

7

Garant předmětu

prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Nabízen zahraničním studentům

Všech fakult

Výsledky učení předmětu

Získání znalostí o vlastnostech elektronických součástek a jejich použití.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni středoškolského studia.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Laboratorní cvičení - 30 bodů; minimum 20 bodů.
Závěrečná zkouška - 70 bodů; minimum 30 bodů.

Osnovy výuky

1. Základní pojmy fyziky polovodičů. Pásová struktura. Polovodiče vlastní a nevlastní, elektrony a díry. Koncentrace elektronů v polovodičích. Elektrická vodivost polovodičů. Difúze nosičů elektrického náboje. Generace a rekombinace nosičů v polovodičích.
2. Přechod PN. Přechod PN v rovnovážném stavu, vyprázdněná oblast, difúzní napětí. Bariérová a difúzní kapacita voltampérová přechodu. Pásové diagramy, přechod PN v propustném a závěrném směru. Ampérvoltová charakteristika přechodu PN. Průrazy přechodu PN. Jiné typy přechodů, přechod kov-polovodič.
3. Polovodičová dioda. Ampérvoltová charakteristika diody. Dioda v propustném a závěrném směru. Dioda jako usměrňovač, zdroj referenčního napětí, spínač a řízený odpor.
4. Polovodičová dioda. Varikap, varaktor, tunelová dioda. Schottkyho dioda. Tunelová dioda. Fotodioda, Struktura PIN. Fotodioda PIN. Výkonová dioda PIN.
5. Polovodičová dioda. Technologie výroby diod. Typická zapojení obvodů s diodami. Přehled parametrů vybraných typů diod.
6. Bipolární tranzistor. Struktura tranzistoru, princip činnosti. Ampérvoltové charakteristiky tranzistoru v zapojení se společným emitorem (SE). Normální a inverzní aktivní režim, saturační a závěrný režim tranzistoru.
7. Bipolární tranzistor. Linearizované modely, h-parametry, y-parametry. První a druhý průraz tranzistorové struktury. Charakteristické závislosti parametrů tranzistorů na pracovních podmínkách.
8. 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.
9. Unipolární tranzistory. JFET. MOSFET. Princip činnosti, základní typy a jejich struktury. Lineární (aktivní) režim a saturační režim. Ampérvoltové charakteristiky. Tranzistor jako proudový zdroj, zesilovač, spínač a řízený odpor.
10. Unipolární tranzistory. Linearizované modely. Struktury CCD. Polovodičové paměti využívající jevů na strukturách FET. MESFET, struktura, princip činnosti. Výkonové tranzistory FET, struktury DMOS, VDMOS, a VMOS. Paralelní integrace tranzistorů, struktura HEXFET. Tranzistor IGBT, struktura, princip činnosti, náhradní obvod.
11. 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.
12. Optoelektronické prvky. Základní fotometrické veličiny. Fotoodpor, fotovodivost. fototranzistor. Luminiscenční dioda. Laserová dioda.
13. Vakuové prvky. Emise elektronů ve vakuu. Typy elektronek. Vysokofrekvenční a mikrovlnné elektronky - klystron, magnetron.

Učební cíle

Seznámit posluchače s vlastnostmi elektronických součástek a jejich použitím.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Laboratorní cvičení. Numerická cvičení.

Základní literatura

Boylestad R., Nashelsky L. :Electronic devices and Circuit Theory ,Prentice Hall (EN)
MUSIL V., BRZOBOHATÝ J., BOUŠEK J, PRCHALOVÁ I.: " Elektronické součástky", PC dir, BRNO, 1999 (CS)
Singh J. : Semiconductor Devices ,McGraw-Hill (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-BC bakalářský

    obor BC-AMT , 1 ročník, letní semestr, povinný
    obor BC-SEE , 1 ročník, letní semestr, povinný
    obor BC-MET , 1 ročník, letní semestr, povinný
    obor BC-EST , 1 ročník, letní semestr, povinný
    obor BC-TLI , 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc.

Osnova

Základní pojmy fyziky polovodičů. Pásová struktura. Polovodiče vlastní a nevlastní, elektrony a díry. Koncentrace elektronů v polovodičích. Elektrická vodivost polovodičů. Difúze nosičů elektrického náboje. Generace a rekombinace nosičů v polovodičích.
Přechod PN. Přechod PN v rovnovážném stavu, vyprázdněná oblast, difúzní napětí. Bariérová a difúzní kapacita voltampérová přechodu. Pásové diagramy, přechod PN v propustném a závěrném směru. Ampérvoltová charakteristika přechodu PN. Průrazy přechodu PN. Jiné typy přechodů, přechod kov-polovodič.
Polovodičová dioda. Ampérvoltová charakteristika diody. Dioda v propustném a závěrném směru. Dioda jako usměrňovač, zdroj referenčního napětí, spínač a řízený odpor.
Polovodičová dioda. Varikap, varaktor, tunelová dioda. Schottkyho dioda. Tunelová dioda. Fotodioda, Struktura PIN. Fotodioda PIN. Výkonová dioda PIN.
Polovodičová dioda. Technologie výroby diod. Typická zapojení obvodů s diodami. Přehled parametrů vybraných typů diod.
Bipolární tranzistor. Struktura tranzistoru, princip činnosti. Ampérvoltové charakteristiky tranzistoru v zapojení se společným emitorem (SE). Normální a inverzní aktivní režim, saturační a závěrný režim tranzistoru.
Bipolární tranzistor. Linearizované modely, h-parametry, y-parametry. První a druhý průraz tranzistorové struktury. Charakteristické závislosti parametrů tranzistorů na pracovních podmínkách.
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.
Unipolární tranzistory. JFET. MOSFET. Princip činnosti, základní typy a jejich struktury. Lineární (aktivní) režim a saturační režim. Ampérvoltové charakteristiky. Tranzistor jako proudový zdroj, zesilovač, spínač a řízený odpor.
Unipolární tranzistory. Linearizované modely. Struktury CCD. Polovodičové paměti využívající jevů na strukturách FET. MESFET, struktura, princip činnosti. Výkonové tranzistory FET, struktury DMOS, VDMOS, a VMOS. Paralelní integrace tranzistorů, struktura HEXFET. Tranzistor IGBT, struktura, princip činnosti, náhradní obvod.
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.
Optoelektronické prvky. Základní fotometrické veličiny. Fotoodpor, fotovodivost. fototranzistor. Luminiscenční dioda. Laserová dioda.
Vakuové prvky. Emise elektronů ve vakuu. Typy elektronek. Vysokofrekvenční a mikrovlnné elektronky - klystron, magnetron. Obrazovky.

Cvičení odborného základu

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc.

Osnova

Dioda. Linearizace ampérvoltové charakteristiky diody, odpovídající náhradní obvod. Obvody s diodami v sériovém a paralelním zapojení.
Diferenciální odpor diody v propustném směru, dioda jako řízený odpor a spínač. Dioda jako usměrňovač.
Stabilizační dioda. Ampérvoltová charakteristika a důležité parametry. Princip stabilizace. Návrh stabilizátoru.
Bipolární tranzistor. Nastavení pracovního bodu, grafické a numerické řešení. Unipolární tranzistor nastavení pracovního bodu, grafické a numerické řešení.
Bipolární tranzistor. Zesilovač, vstupní a výstupní odpor, napěťové zesílení.
Unipolární tranzistor. Zesilovač, vstupní a výstupní odpor, napěťové zesílení.
Výkonové spínače. Příklady použití tranzistorů a tyristorů, typické řídící obvody.

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc.

Osnova

Úvodní hodina, seznámení s laboratoří a přístroji.
Dioda - VA charakteristiky diod.
Dioda - usměrňovač, násobič napětí.
Dioda - řízená kapacita.
Dioda - řízený odpor, zdroj referenčního napětí.
Bipolární tranzistor - měření charakteristik a určení parametrů tranzistoru.
Bipolární tranzistor - proudový zdroj, zesilovač, nastavení pracovního bodu.
Bipolární tranzistor - zesilovač, spínač.
Unipolární tranzistor - měření charakteristik a určení parametrů tranzistoru.
Unipolární tranzistor - zesilovač, nastavení pracovního bodu, spínač, řízený odpor.
Tyristor - měření charakteristik, základní obvody pro řízení výkonu pomocí tyristorů.
Optron - měření vstupních a výstupních charakteristik, izolační zesilovač.
Zápočet.