Elektronické prvky
Kód | Zakončení | Kredity | Rozsah | Jazyk výuky |
---|---|---|---|---|
B2B34ELP | Z,ZK | 4 | 2P+2L | česky |
- Vztahy:
- Podmínkou zápisu na předmět B2B34ELP je, že student si nejpozději ve stejném semestru zapsal příslušný počet předmětů ze skupiny BEZBM
- Garant předmětu:
- Přednášející:
- Cvičící:
- Předmět zajišťuje:
- katedra mikroelektroniky
- 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.
- Požadavky:
-
Absolvování všech cvičení, zpracování jejich výsledků v pracovním deníku, absolvování průběžných testů, úspěšné vypracování zápočtového testu, úspěšné absolvování zkoušky.
- Osnova 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.
- 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] 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
- Poznámka:
- Další informace:
- https://moodle.fel.cvut.cz/enrol/index.php?id=2442
- Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje
- Předmět je součástí následujících studijních plánů: