Přehled studia | Přehled oborů | Všechny skupiny předmětů | Všechny předměty | Seznam rolí | Vysvětlivky               Návod

---

QB-ELP	Elektronické prvky
Role:		Rozsah výuky:	2P+2L
Katedra:	13134	Jazyk výuky:
Garanti:		Zakončení:	Z,ZK
Přednášející:		Kreditů:	5
Cvičící:		Semestr:	L

Anotace:

Předmět podává studentům základní poznatky o principech činnosti a vlastnostech aktivních i pasivních elektronických prvků. Fyzikálních princip činnosti a praktická realizace součástek je doplněna výkladem adekvátních modelů pro malý i velký signál a analýzou základních elektronických zapojení užívaných v analogové i číslicové technice. V laboratořích se studenti seznámí s principy simulace činnosti polovodičových struktur a jejich návrhu, měřením charakteristik a extrakcí jejich elektrických parametrů, které budou následně využijí při analýze základních zapojení využívající simulátoru PSPICE.

Osnovy přednášek:

1.		Historický přehled, Elektronické prvky jejich modely a parametry. Pevné látky a jejich krystalová struktura.
2.		Volný elektron a elektron v pevné látce (Bohrův a kvantový model atomu, volný elektron, elektron v poli periodického potenciálu, pásová struktura pevných látek, statistika elektronů).
3.		Polovodiče (elektrony, díry, nábojová neutralita, vlastní a nevlastní polovodič, akceptory a donory). Transport náboje v polovodičích: Ohmův zákon v diferenciálním tvary, driftový a difúzní proud, pohyblivost, rovnice kontinuity, rekombinace a generace nositelů náboje, difúzní délka. Poissonova rovnice pro polovodič.
4.		Přechod PN, termodynamická rovnováha, propustná a závěrná polarizace, bariérová a difúzní kapacita, mechanismy průraz, vliv teploty. Přechod kov-polovodič.
5.		Polovodičové diody (struktury, charakteristiky, modely a aplikace).
6.		Struktura MIS: ochuzení, akumulace, slabá a silná inverze inverze, faktory ovlivňující prahové napětí, potenciálová jáma. Tranzistor MOSFET: struktura, princip činnosti.
7.		Tranzistor MOSFET: ideální a reálná charakteristika, teplotní závislost, typy průrazu. Typy tranzistorů MOSFET, modely pro velký a malý signál, stejnosměrná analýza obvodu s tranzistorem MOSFET.
8.		Tranzistor MOSFET: nastavení pracovního bodu, základní zapojení a aplikace, vysokofrekvenční a spínací vlastnosti. Aplikace v logických obvodech NMOS a CMOS. Realizace tranzistoru v integrované formě.
9.		Bipolární tranzistor (BJT): struktura, princip činnosti, Ebers-Mollův model, charakteristiky, modely pro velký a malý signál.
10.		Bipolární tranzistor: pracovní bod a jeho nastavení, náhradní lineární obvod a jeho parametry, vysokofrekvenční model BJT, základní obvodová zapojení a aplikace.
11.		Výkonové spínací prvky: dioda PiN, tyristor, IGBT, výkonový MOSFET - principy činnosti, struktury, charakteristiky, parametry, modely a typické aplikace.
12.		Tranzistory JFET, MESFET, HEMT. Polovodičové paměťové prvky: principy, typy a aplikace.
13.		Optoelektronické prvky: Planckův vyzařovací zákon, interakce světla s polovodičem, zdroje a detektory záření (LED, injekční laser, fotoodpor, dioda PiN, sluneční články).
14.		Pasivní elektronické prvky (rezistory, kapacitory a induktory). Vývojové trendy.

Osnovy cvičení:

1.		Organizační záležitosti. Elektronické prvky v obvodovém zapojení. Simulátor PSpice.
2.		Seznámení s měřícími přístroji. Měření jednoduchých obvodů s elektronickým prvky a analýza dosažených výsledků pomocí simulátoru PSpice.
3.		Základní vlastnosti pevných látek (krystalová a pásová struktura), aplikace kvantové mechaniky.
4.		Vlastnosti polovodičů (koncentrace elektronů a děr, transport náboje) a přechodu PN (difúzní a průrazné napětí, průběh potenciálu a intenzity elektrického pole, bariérová kapacita).
5.		Polovodičová dioda: VA charakteristika, mezní parametry, pracovní bod a náhradní modely. Měření a simulace propustných charakteristik diod s PN a Schottkyho přechodem.
6.		Modely diod v PSpice a odečet jejich parametrů. Teplotní závislost parametrů diody. Dynamické charakteristiky diody. Aplikace diody v usměrňovači - měření a simulace.
7.		Tranzistor MOSFET: V-A charakteristiky, modely tranzistoru a jeho parametry, stanovení polohy stejnosměrného pracovního bodu, měření a analýza převodní charakteristiky invertoru s tranzistorem MOSFET
8.		Aplikace tranzistoru MOSFET: nastavení a stabilizace polohy pracovního bodu, odečet parametrů náhradního lineárního obvodu, aplikace v analogových obvodech - analýza, měření a simulace.
9.		Aplikace tranzistoru MOSFET v číslicové technice (invertor CMOS), návrh a simulace v PSpice, vytvoření vlastního simulačního profilu.
10.		Bipolární tranzistor: V-A charakteristiky, modely a jejich parametry, stanovení polohy stejnosměrného pracovního bodu, měření a analýza převodní charakteristiky invertoru s bipolárním tranzistorem.
11.		Bipolární tranzistor: nastavení a stabilizace polohy pracovního bodu, odečet parametrů náhradního lineárního obvodu, aplikace v analogových obvodech - analýza, měření a simulace.
12.		Měření základních zapojení výkonových spínacích prvků (výkonový MOSFET) a jejich analýza ve PSpice. Zápočtový test.
13.		Měření a analýza typických zapojení s optoelelektronickými prvky.
14.		Doměřování úloh. Zápočet.

Literatura:

[1]		J. Vobecký, V. Záhlava: Elektronika: součástky a obvody, principy a příklady, 3. rozšířené vydání, Grada 2005
[2]		F. Vaníček: Elektronické součástky. Principy, vlastnosti, modely. ČVUT, Praha 1999
[3]		S.M. Sze, K.Ng.Kwok: Physics of Semiconductor Devices, Wiley-Interscience, New York 2006

http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/homepage/?isbn=9780470068328

[4]

P. Horowitz, W. Hill, : The Art of Electronics, Cambridge University Press, New York 2001

Požadavky:

Absolvování všech cvičení, zpracování jejich výsledků v pracovním deníku, úspěšné vypracování zápočtového testu.

Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:

Plán

Obor

Role

Dop. semestr

---

Stránka vytvořena 16.9.2024 17:50:45, semestry: Z/2025-6, L/2023-4, Z,L/2024-5, Z/2023-4, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů

Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336)