Detail předmětu
Elektronické součástky
FEKT-BESOAk. rok: 2010/2011
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
Zajišťuje ústav
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.
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.
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)
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-TLI , 1 ročník, letní semestr, povinný
obor B-EST , 1 ročník, letní semestr, povinný
obor B-SEE , 1 ročník, letní semestr, povinný
obor B-MET , 1 ročník, letní semestr, povinný
obor B-AMT , 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., povinná
Vyučující / Lektor
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.
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
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.
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. Jiří Polický
Ing. Boleslav Psota, Ph.D.
Ing. Marián Pristach, Ph.D.
Ing. Nabhan Khatib, Ph.D.
Ing. Marek Bohrn, Ph.D.
doc. Ing. Martin Adámek, Ph.D.
Ing. Marina Macháčková
Ing. Petr Kosina, Ph.D.
Ing. Zdeněk Pytlíček, Ph.D.
Ing. Michal Nicák, Ph.D.
Ing. Jiří Pulec, Ph.D.
doc. Ing. Vilém Kledrowetz, Ph.D.
Ing. Jaromír Žák, Ph.D.
Ing. Petr Zapletal
Ing. Martin Magát, Ph.D.
Ing. Radim Hrdý, Ph.D.
doc. Ing. Jan Pekárek, Ph.D.
Ing. Boleslav Psota, Ph.D.
Ing. Marián Pristach, Ph.D.
Ing. Nabhan Khatib, Ph.D.
Ing. Marek Bohrn, Ph.D.
doc. Ing. Martin Adámek, Ph.D.
Ing. Marina Macháčková
Ing. Petr Kosina, Ph.D.
Ing. Zdeněk Pytlíček, Ph.D.
Ing. Michal Nicák, Ph.D.
Ing. Jiří Pulec, Ph.D.
doc. Ing. Vilém Kledrowetz, Ph.D.
Ing. Jaromír Žák, Ph.D.
Ing. Petr Zapletal
Ing. Martin Magát, Ph.D.
Ing. Radim Hrdý, Ph.D.
doc. Ing. Jan Pekárek, 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.
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.