Detail předmětu

Elektronické součástky

FEKT-BPC-ESOTAk. rok: 2024/2025

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

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

Vstupní znalosti

Jsou požadovány znalosti na úrovni středoškolského studia.
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby poučené“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Numerická cvčení, TEST 1 - 10 bodů; minimum 6 bodů.
Numerická cvčení, TEST 2 - 10 bodů; bodový limit není stanoven.
Laboratorní cvičení - 30 bodu; minimum 20 bodů.
Závěrečná zkouška - 50 bodů; minimum 25 bodů.
Laboratorní cvičení. Numerická cvičení.

Učební cíle

Seznámit studenty 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 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.
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 .
Definovat princip fázového řízení spínacích prvků.
Nakreslit a vysvětlit příklady typického zapojení obvodů s tyristorem a s triakem.
Definovat a vysvětlit mechanismy emise elektronů ve vakuu.
Vysvětlit funkci nejdůležitějších elektronek (triody, tetrody, pentody, majákové triody, magnetronu a klystronu).
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
MUSIL V., BRZOBOHATÝ J., BOUŠEK J, PRCHALOVÁ I.: " Elektronické součástky", PC dir, BRNO, 1999
Singh J. : Semiconductor Devices ,McGraw-Hill

Elearning

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-AUD bakalářský

    specializace AUDB-TECH , 1 ročník, letní semestr, povinný

  • Program BPC-EKT bakalářský 1 ročník, letní semestr, povinný
  • Program BPC-TLI bakalářský 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

1) Přechod PN. Přechod PN v rovnovážném stavu, vyprázdněná oblast, difúzní napětí. Bariérová a difúzní kapacita. 2) Ampérvoltová charakteristika přechodu PN. Průrazy přechodu PN. Jiné typy přechodů, přechod kov-polovodič. 3) Polovodičová dioda. 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.

Cvičení odborného základu

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

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. Návrh 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.

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

1) Zásady pro vzájemné propojování elektronických obvodů. Metody měření v elektronických obvodech. Derivační článek a integrační článek, určení časové konstanty. 2) Diodový usměrňovač.Porovnání dynamických vlastností diod s různou technologií. AV charakteristiky polovodičových diod. 3) Diferenciální odpor polovodičového přechodu. Řízený napěťový dělič. Určení koeficientu m. Diodový spínač. 4) Přechod PN v závěrném směru. Diodový stabilizátor napětí. Fotodioda. Bipolární transistor (BT). 5) Výstupní charakteristika BT v zapojení SE. BT jako napěťový zesilovač v zapojení SE. 6) Zapojení pro nastavení pracovního bodu BT. Vstupní a výstupní odpor BT v zapojeních SE,SC a SB 7) BT jako spínač. Optron. 8) Tranzistor J-FET. Převodní charakteristika. Výstupní charakteristika. J-FET jako napěťový zesilovač. 9) Tranzistor VDMOS. Převodní charakteristika. Výstupní charakteristika. VDMOS jako napěťový zesilovač. 10) Spínač s tranzistorem VDMOS. Zapojení s induktuvní zátěží. 11)Tyristor. Vstupní charakteristika. Spínací charakteristika. 12) Doměřování a náhradní cvičení. 13 Zápočet

Elearning