Popis předmětu - B2B34ELPA

Přehled studia | Přehled oborů | Všechny skupiny předmětů | Všechny předměty | Seznam rolí | Vysvětlivky               Návod
B2B34ELPA Elektronické prvky Rozsah výuky:2p+2l
Garanti:Hazdra P. Role:P Jazyk výuky:CS
Vyučující:  Zakončení:Z,ZK
Zodpovědná katedra:13134 Kreditů:5 Semestr:Z

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 (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.

Webová stránka:

http://moodle.fel.cvut.cz/

Klíčová slova:

elektronické prvky, polovodiče, tranzistory, diody

Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:

Plán Obor Role Dop. semestr
BPEK_2018 Před zařazením do oboru P 3


Stránka vytvořena 17.12.2018 17:48:15, semestry: Z,L/2020-1, L/2017-8, L/2019-20, Z,L/2018-9, Z/2019-20, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336)
Za obsah odpovídá: doc. Ing. Ivan Jelínek, CSc.