Detail předmětu

Elektronické součástky

FEKT-BKC-ESOAk. rok: 2023/2024

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

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Vstupní znalosti

Jsou požadovány znalosti na úrovni středoškolského studia.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Numerická cvčení, TEST 1 - 15 bodů; minimum 8 bodů.
Numerická cvčení, TEST 2 - 15 bodů; bodový limit není stanoven
Závěrečná zkouška - 70 bodů; minimum 35 bodů.
Laboratorní cvičení. Numerická cvičení.

Učební cíle

Seznámit posluchače s vlastnostmi elektronických součástek a jejich použitím.
Na základě ověření znalosti studenta ve cvičeních odborného základu, v laboratorní výuce a při písemné zkoušce je student po absolvování předmětu schopen :

Podrobně popsat mechanismy, které působí na přechodu PN v rovnovážném stavu a při polarizaci přechodu PN v propustném směru a v závěrném směru.
Definovat bariérovou a difúzní kapacitu přechodu PN.
Vysvětlit rovnici AV charakteristiky diody a diskutovat AV charakteristiku diody včetně vlivu technologických a materiálových parametrů.
Vysvětlit činnost přechodu PN v zapojení usměrňovače, stabilizátoru napětí, kapacitní diody, fotodiody, luminiscenční diody a řízeného diferenciálního odporu.
Popsat a vysvětlit mechanismy průrazu přechodu PN. Tunelový průraz, lavinový průraz, tepelný průraz a povrchový průraz.
Popsat strukturu bipolárního tranzistoru a vysvětlit její činnost.
Navrhnout a analyzovat zesilovač ve třídě A a spínač s bipolárním tranzistorem.
Vysvětlit princip a použití lineárních a nelineárních modelů bipolárního tranzistoru.
Aplikovat zjednodušené lineární a nelineární modely tranzistoru při návrhu a analýze zesilovače ve třídě A a spínače s bipolárním tranzistorem.
Popsat struktury unipolárních tranzistorů JFET a IGFET a vysvětlit jejich činnost.
Navrhnout a analyzovat zesilovač ve třídě A a spínač s unipolárními tranzistory JFET a IGFET.
Popsat strukturu tyristoru a na náhradním schématu vysvětlit její činnost.
Popsat strukturu triaku a vysvětlit její činnost .
Vysvětlit mechanismus sepnutí triaku kladným a záporným proudem hradla.
Definovat princip fázového řízení spínacích prvků.
Nakreslit a vysvětlit příklady typického zapojení obvodů s tyristorem a s triakem.
Popsat mechanismy interakce záření s pevnou látkou.
Definovat rozdíl mezi fotometrickými a radiometrickými veličinami.
Vysvětlit mechanismy fotoluminiscence a elektroluminiscence.
Popsat uspořádání laserů a zdůvodnit výhody jejich použití.
Zdůvodnit konstrukční uspořádání laserové diody a definovat podmínky pro její činnost.
Vysvětlit rozdíly mezi fototranzistorem a fotodiodou a popsat jejich použití.
Definovat parazitní vlastnosti rezistorů a vysvětlit vliv použitých materiálů a konstrukce rezistorů na vznik nebo potlačení jejich parazitních vlastností.
Definovat parazitní vlastnosti kapacitorů a vysvětlit vliv použitých materiálů a konstrukčního uspořádání kapacitorů na vznik nebo potlačení jejich parazitních vlastností.
Definovat parazitní vlastnosti induktorů a vysvětlit vliv použitých materiálů a konstrukčního uspořádání induktorů na vznik nebo potlačení jejich parazitních vlastností.

Základní literatura

Boušek J., Kosina P.: Elektronické součástky BESO, laboratorní cvičení, FEKT VUT V BRNĚ, elektronické skriptum
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
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 BKC-MET bakalářský 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 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

6 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.