Přehled studia |
Přehled oborů |
Všechny skupiny předmětů |
Všechny předměty |
Seznam rolí |
Vysvětlivky
Návod
Webová stránka:
https://moodle.fel.cvut.cz/courses/B2B34ELPA
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.
Cíle studia:
Seznámit studenty s principy činnosti a vlastnostmi nejvýznamnějších elektronických a optoelektronických polovodičových prvků včetně teorie jejich činnosti.
Obsah:
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 (částicové a vlnové vlastnosti elektronu, volný elektron, elektron v potenciálové jámě, v atomu a krystalu, pásová struktura pevných látek, statistika elektronů). |
| 3. | | Polovodiče (elektrony, díry, nábojová neutralita, vlastní a nevlastní polovodič, akceptory a donory). Transport náboje v polovodičích:, 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 |
Požadavky:
Absolvování všech cvičení, zpracování jejich výsledků v pracovním deníku, absolvování průběžných testů, úspěšné vypracování zápočtového testu, úspěšné absolvování zkoušky.
Klíčová slova:
elektronické prvky, polovodiče, tranzistory, diody
Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:
| Stránka vytvořena 21.12.2024 14:50:41, semestry: Z/2025-6, Z,L/2024-5, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů |
Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336) |