Detail předmětu

Elektronické součástky

FEKT-BESOAk. rok: 2012/2013

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

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

7

Garant předmětu

prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

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 35 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-B bakalářský

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

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

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

Ing. Roman Prokop, Ph.D.
Ing. Ondřej Hégr, Ph.D.

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

Ing. Petr Kosina, Ph.D.
Ing. Jiří Sedláček
Ing. Michal Pavlík, Ph.D.
Ing. Martin Klíma, Ph.D.
Ing. Milan Holík
Ing. Jaromír Žák, Ph.D.
Ing. Alexandr Otáhal, Ph.D.
Ing. Michal Štekovič
Ing. Hana Kynclová, Ph.D.

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.