Logo ČVUT
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
STUDIJNÍ PLÁNY
2019/2020

Elektronické a optoelektonické součástky

Přihlášení do KOSu pro zápis předmětu Zobrazit rozvrh
Kód Zakončení Kredity Rozsah Jazyk výuky
A8B34EOD Z,ZK 6 3P+2L česky
Korekvizita:
Bezpečnost práce v elektrotechnice pro bakaláře (BEZB)
Základní školení BOZP (BEZZ)
Přednášející:
Pavel Hazdra (gar.)
Cvičící:
Pavel Hazdra (gar.)
Předmět zajišťuje:
katedra mikroelektroniky
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.

Požadavky:
Osnova 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).

Osnova 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.

Cíle studia:

Seznámit studenty s principy činnosti a vlastnostmi nejvýznamnějších elektronických a

optoelektronických polovodičových prvků včetně teorie jejich činnosti.

Studijní materiály:

1. S.M. Sze, K.Ng.Kwok: Physics of Semiconductor Devices, Wiley-Interscience, New York 2006

Poznámka:
Další informace:
https://moodle.fel.cvut.cz/enrol/index.php?id=2512
Rozvrh na zimní semestr 2019/2020:
06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po
Út
St
Čt
místnost T2:B2-s141k
Hazdra P.
09:15–11:45
(přednášková par. 1)
Dejvice
Cvičebna
místnost T2:B2-s141j
Hazdra P.
12:45–14:15
(přednášková par. 1
paralelka 1)

Dejvice
Cvičebna K334

Rozvrh na letní semestr 2019/2020:
Rozvrh není připraven
Předmět je součástí následujících studijních plánů:
Platnost dat k 20. 9. 2019
Aktualizace výše uvedených informací naleznete na adrese http://bilakniha.cvut.cz/cs/predmet2669706.html