Přehled studia |
Přehled oborů |
Všechny skupiny předmětů |
Všechny předměty |
Seznam rolí |
Vysvětlivky
Návod
Webová stránka:
http://moodle.fel.cvut.cz/
Anotace:
V rámci předmětu se studenti seznámí s teorií, principy činnosti a vlastnostmi nejvýznamnějších elektronických a optoelektronických polovodičových 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.
Cíle studia:
Seznámit studenty s principy činnosti a vlastnostmi nejvýznamnějších elektronických a optoelektronických polovodičových prvků včetně teorie jejich činnosti.
Obsah:
V rámci předmětu se studenti seznámí s teorií, principy činnosti a vlastnostmi nejvýznamnějších elektronických a optoelektronických polovodičových 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. | | Přechod PN, termodynamická rovnováha, propustná a závěrná polarizace, Shockleyho rovnice. Bariérová a difúzní kapacita, mechanismy průrazu, vliv teploty. |
| 2. | | Přechod kov-polovodič, heteropřechody, kvantové struktury. |
| 3. | | Polovodičové diody (struktury, statické a dynamické charakteristiky, parametry a modely). |
| 4. | | Struktura MIS: ochuzení, akumulace, slabá a silná inverze inverze, faktory ovlivňující prahové napětí, potenciálová jáma, mechanismy průrazu. |
| 5. | | Tranzistor MOSFET: struktura, princip činnosti, ideální a reálná charakteristika, prahové napětí, vliv polarizace substrátu, teplotní závislost charakteristik, typy průrazu. |
| 6. | | Tranzistor MOSFET: typy, modely pro velký a malý signál, stejnosměrná analýza obvodů s tranzistory MOSFET: nastavení pracovního bodu, základní zapojení a aplikace, vysokofrekvenční a spínací vlastnosti. |
| 7. | | Bipolární tranzistor (BJT): struktura, princip činnosti, Ebers-Mollův model, Earlyho jev, lavinový průraz BJT, |
charakteristiky, modely pro velký a malý signál.
| 8. | | Bipolární tranzistor: pracovní bod a jeho nastavení, náhradní lineární obvod a jeho parametry, spínací vlastnosti, |
mezní kmitočet, Gummel-Poonův model a vysokofrekvenční model BJT.
| 9. | | Výkonové spínací prvky: dioda PiN, tyristor, IGBT, výkonový MOSFET - principy činnosti, struktury, charakteristiky, parametry, modely a typické aplikace. |
| 10. | | Tranzistory JFET, MESFET. Tranzistory využívající kvantové jevy: HEMT, HBT, SET, apod. Polovodičové paměťové prvky: principy, typy a aplikace. |
| 11. | | Diskrétní a integrovaná realizace elektronických prvků - rozdíly a specifika. Ukázky a analýza základních |
struktur (CMOS).
| 12. | | Optické vlastnosti polovodičů, interakce světla s polovodičem, absorpce, emise, stimulovaná emise, exciton, fotoproud. |
| 13. | | Detektory záření (PN, PiN, APD, MS, detektory využívající kvantové struktury - princip činnosti, charakteristiky, parametry, šum), fovoltaické články, CCD. |
| 14. | | Zdroje záření - svítivka (princip, účinnost, struktury); laser (princip činnosti, statické a dynamické vlastnosti, struktury). |
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. | | S.M. Sze, K.Ng.Kwok: Physics of Semiconductor Devices, Wiley-Interscience, New York 2006 |
Požadavky:
Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:
| 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) |