Detail předmětu

Elektronické součástky

FEKT-BPC-EDEAk. rok: 2024/2025

V rámci předmětu si studenti osvojí znalosti z oblastí: Základy fyziky polovodičů. Přechod PN. Polovodičová dioda. Bipolární tranzistor. Unipolární tranzistory. Spínací prvky. Optoelektronické prvky.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

3

Garant předmětu

prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Vstupní znalosti

Jsou požadovány znalosti na úrovni středoškolského studia.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Cvičení odborného základu: 30 bodů; minimum 20 bodů.
Závěrečná zkouška: 70 bodů; minimum 30 bodů.
Přednášky. Cvičení odbornéhon základu.

Učební cíle

Seznámit studenty s vlastnostmi elektronických součástek a jejich použitím a s základní terminologií oboru v angličtině a v češtině.


Na základě znalostí získaných na přednáškách a ve cvičeních odborného základu a jejich ověření při písemné zkoušce je student schopen:
Podrobně popsat mechanismy, které působí na přechodu PN v rovnovážném stavu a při polarizaci přechodu PN v propustném směru a v závěrném směru.
Definovat bariérovou a difúzní kapacitu přechodu PN.
Vysvětlit rovnici ampér-voltové charakteristiky PN přechodu
Vysvětlit činnost přechodu PN v obvodovém zapojení usměrňovače, stabilizátoru napětí, kapacitní diody, fotodiody, luminiscenční diody, řízeného diferenciálního odporu a diodového spínače.
Popsat strukturu bipolárního tranzistoru (BT) a vysvětlit její činnost.
Navrhnout a analyzovat zesilovač s bipolárním tranzistorem a spínač s bipolárním tranzistorem.
Popsat strukturu unipolárního tranzistoru J-FET a vysvětlit její činnost.
Popsat strukturu unipolárního tranzistoru IGFET a vysvětlit její činnost.
Navrhnout a analyzovat zesilovač ve třídě A s unipolárními tranzistory a spínač s unipolárními tranzistory.
Popsat strukturu tyristoru a na náhradním schématu vysvětlit její činnost.
Popsat vlastnosti a triaku a vysvětlit jeho použití.
Definovat princip fázového řízení spínacích prvků.
Popsat mechanismy interakce záření s pevnou látkou.
Definovat fotometrické a radiometrické veličiny.
Popsat uspořádání laserů a zdůvodnit výhody jejich použití.

Základní literatura

BOYLESTAD, Robert L. a Louis NASHELSKY. Electronic devices and circuit theory. 8th ed. Upper Saddle River: Prentice Hall, 2002. ISBN 0-13-094444-0. (CS)
SINGH J. Semiconductor Devices. McGraw-Hill, 1994. ISBN-10 0071139060. (CS)
BOUŠEK J., KOSINA P., MOJROVÁ B. Elektronické součástky. FEKT VUT V BRNĚ, elektronické skriptum, BRNO 2015 (CS)
BOUŠEK J., KOSINA P., MOJROVÁ B. Elektronické součástky: sbírka příkladů. FEKT VUT V BRNĚ, elektronické skriptum, BRNO 2015. (CS)
BOUŠEK J., HORÁK M., Electronic Devices, FEKT VUT V BRNĚ, elektronické skriptum, BRNO 2006 (CS)
EMILIANO R. MARTINS , Essentials of Semiconductor Device Physics, Wiley 2022, ISBN: 978-1-119-88411-8 (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-APE bakalářský, 1. ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc.

Osnova

1) Basic concepts of semiconductor physics. Intrinsic and extrinsic semiconductors, electrons and holes, donors and acceptors. Concentration of charge carriers in semiconductors. Electrical conductivity of semiconductors. Diffusion of electric charge carriers. Generation and recombination of carriers in semiconductors. 2) PN-junction. The structure of PN junction. PN junction in equilibrium state, depletion region of PN junction, space charge, built-in voltage. PN junction in forward and reverse bias voltage. Current voltage characteristic of the PN junction. 3) PN-junction. Barrier and diffusion capacity of PN junction. PN junction breakdowns. Other types of semiconductor junctions, metal-semiconductor junction. 4) Semiconductor diode. Diode as a rectifier. Diode as a source of reference voltage. Inverse diode, tunnel diode. Schottky diode. 5) Semiconductor diode. Dynamic resistance of the diode, diode as controlled resistance, diode as a switch. Diode as controlled capacitance; varicap, varactor. Photodiode. PIN structure. 6) Technology of diodes and semiconductor structures. Point contact diode. Alloy-junction technology. Diffusion-junction technology. Planar technology. Planar-epitaxial technology. 7) Bipolar junction transistor (BJT). Structure, principle of operation. Normal and inverse connection of BJT. In both connections: active mode, saturation mode, CUT-OFF mode, current voltage characteristics in common emitter (CE) configuration. 8) Bipolar junction transistor (BJT). Class A amplifier. Configurations common emitter (CE), common base (CB), common collector (CC). Setting the operating point. Current and voltage gain. Input and output resistance. 9) Bipolar junction transistor (BJT). BJT as a switch, dynamic properties. Dependencies of BJT parameters on working conditions. The first and second breakdown of BJT. Limit parameters of BJT, Safe-Operating-Area (SOA). 10) Unipolar devices. J-FET, structure, principle of operation. Active mode, saturation mode. Current voltage characteristics. J-FET, as a current source, as an amplifier, as a switch, as a controlled resistor. 11) Unipolar devices. IGFET (MOSFET), structure, principle of operation. Depletion mode IGFET. Enhanced mode IGFET. Current voltage characteristics for both types. CMOS structure. Semiconductor memories using FET structures. CCD structure. 12) Multilayer devices. Thyristor: structure, substitution scheme, principle of operation. Thyristor in OFF state, in blocking state and in ON (conducting) state. Current voltage characteristics of thyristor. TRIAC, basic properties. Use of multilayer devices in control circuits. 13) Optoelectronic devices. Basic photometric quantities. Photoconductivity, photoresistor. Phototransistor. Light-emitting diode (LED). Laser diode. Types of Photodiodes. Photovoltaic cells.

Cvičení odborného základu

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc.

Osnova

1) Application of Ohm's law to electronic circuits. Principles for interconnecting electronic circuits. Measurement methods in electronic circuits. 2) Derivation and integration circuit. Time constant determined by calculation and graphically. 3) Integrating circuit – effect of load on output voltage and time constant. 4) Diode rectifier, determination of time trr. Comparison of the dynamic properties of a rectifier silicon diode, a germanium high-frequency diode and a Schottky diode. 5) AV characteristics of semiconductor diodes. 6) Differential resistance of the semiconductor junction. Controlled voltage divider. Determination of coefficient m. Diode switch. 7) Diode voltage stabilizer. 8) Photodetector, LED as a photodiode. 9) Bipolar transistor in connection CE, CB, CC; current gain, voltage gain. 10) BJT output characteristic in CE connection; voltage amplifier CE 11) BT as a voltage amplifier in connection with CE, CB, CC. 12) Controlled voltage amplifier in CE connection. 13) Bipolar transistor switch.