Detail předmětu

Elektronické součástky pro SEE

FEKT-BPC-ESOSAk. rok: 2024/2025

Základní vlastnosti pasivních současek. Přechod PN. Polovodičová dioda. Bipolární tranzistor. Unipolární tranzistory. Zesilovače ve třídě A a AB. Tranzistorové spínače. Vícevrstvé spínací prvky, tyristor, triak. Tranzistorové spínače IGBT, JFET, HEMT. Digitální obvody. Senzory. Datové přenosy. Radiové komunikační systémy.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Vstupní znalosti

Jsou požadovány znalosti na úrovni středoškolského studia.
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby poučené“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Numerická cvčení, TEST 1 - 15 bodů; minimum 8 bodů.
Numerická cvčení, TEST 2 - 15 bodů; bodový limit není stanoven
Laboratorní cvičení - 20 bodů; minimum 12 bodů.
Závěrečná zkouška - 50 bodů; minimum 25 bodů.
Laboratorní cvičení. Numerická cvičení.

Učební cíle

Seznámit studenty s vlastnostmi elektrických a elektronických součástek a jejich použitím.
Na základě ověření znalosti studenta ve cvičeních odborného základu, v laboratorní výuce a při písemné zkoušce je student po absolvování předmětu schopen :

Definovat parazitní vlastnosti rezistorů a vysvětlit vliv použitých materiálů a konstukce rezistorů na vznik nebo potlačení jejich parazitních vlastností.
Definovat parazitní vlastnosti kapacitorů a vysvětlit vliv použitých materiálů a konstrukčního uspořádání kapacitorů na vznik nebo potlačení jejich parazitních vlastností.
Definovat parazitní vlastnosti induktorů a vysvětlit vliv použitých materiálů a konstrukčního uspořádání induktorů na vznik nebo potlačení jejich parazitních vlastností.
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 činnost přechodu PN v zapojení usměrňovače, stabilizátoru napětí, kapacitní diody, fotodiody a luminiscenční diody.
Popsat strukturu bipolárního traznistoru a vysvětlit její činnost.
Navrhnout a analyzovat zesilovač ve třídě A a spínač s bipolárním tranzistorem.
Vysvětlit princip a použití lineárních a nelineárních modelů bipolárního tranzistoru.
Popsat struktury unipolárních tranzistorů JFET a IGFET a vysvětlit jejich činnost.
Navrhnout a analyzovat zesilovač ve třídě A a spínač s unipolárními tranzistory JFET a IGFET.
Vysvětlit princip zpětnovazební regulace.
Popsat výkonový zesilovač ve třídě AB.
Popsat zapojení operačního zesilovače a vysvětlit jeho činnost.
Popsat strukturu tyristoru a na náhradním schematu vysvětlit její činnost.
Popsat strukturu triaku.
Definovat princip fázového řízení spínacích prvků.
Nakreslit a vysvětlit příklady typického zapojení obvodů s tyristorem a s triakem.
Popsat tranzistorové spínací struktury IGBT, JFET, HEMT.
Vysvětlit princip tranzistorového měniče.
Definovat zásady pro návrh a analýzu digitálních obvodů.
Vysvětlit princip činnosti obvodů CMOS.
Vysvětlit funkci klopných obvodů.
Popsat způsoby řízení pamětí.
Nakreslit a popsat zapojení usměrňovačů pro různé oblasti použití.
Nakreslit a popsat příklady zapojení stabilizátorů.
Popsat a vysvětlit mechanismy fotoluminiscence a elektroluminiscence.
Vysvětli princip řízení LED ve světelné technice.
Popsat příklady použití senzorů pro měření teploty, tlaku, vlhkosti a průtoku.
Vysvětlit způsob datového přenosu po silnoproudých rozvodech.
Popsat příklady použití radiových komunikačních systémů.

Základní literatura

Singh J. : Semiconductor Devices ,McGraw-Hill
Boylestad R., Nashelsky L. :Electronic devices and Circuit Theory ,Prentice Hall
MUSIL V., BRZOBOHATÝ J., BOUŠEK J, PRCHALOVÁ I.: " Elektronické součástky", PC dir, BRNO, 1999
Boušek J., Kosina P., Mojrova B.: Elektronické součástky, FEKT VUT V BRNĚ, elektronické skriptum
Boušek J., Kosina P., Mojrova B.: Elektronické součástky sbírka příkladů, FEKT VUT V BRNĚ, elektronické skriptum
Boušek J., Kosina P.: Elektronické součástky BESO, laboratorní cvičení, FEKT VUT V BRNĚ, elektronické skriptum

Zařazení předmětu ve studijních plánech

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

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

14 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

1) Přechod PN. Přechod PN v rovnovážném stavu, vyprázdněná oblast, difúzní napětí. Bariérová a difúzní kapacita. Ampér-voltová charakteristika přechodu PN. Průrazy přechodu PN. Jiné typy přechodů, přechod kov-polovodič. 2) Polovodičová dioda. Dioda v propustném a závěrném směru. Dioda jako usměrňovač, zdroj referenčního napětí, spínač a řízený odpor. Varikap, varaktor. Schottkyho dioda. Tunelová dioda. Fotodioda, Struktura PIN. Fotodioda PIN. Výkonová dioda PIN. 3) Typická zapojení obvodů s diodami. Přehled parametrů vybraných typů diod. Technologie výroby polovodičových součástek. 4) Bipolární tranzistor. Struktura bipolárního tranzistoru, princip činnosti. Normální režim, inverzní režim. Aktivní režim, saturační režim a závěrný režim tranzistoru. Ampér-voltové charakteristiky tranzistoru v zapojení se společným emitorem (SE). 5) Bipolární tranzistor. Základní obvody s tranzistory. Nastavení pracovního bodu. Princip tranzistorového zesilovače, zapojení SE, SB, SC, proudové a napěťové zesílení, vstupní a výstupní odpor. Tranzistor jako spínač. První a druhý průraz tranzistorové struktury. Charakteristické závislosti parametrů tranzistorů na pracovních podmínkách. 6) Unipolární tranzistory JFET, IGFET (MOSFET). Princip činnosti, základní typy a jejich struktury. Lineární (aktivní) režim a saturační režim. Ampér-voltové charakteristiky unipolárních tranzistorů. Unipolární tranzistor jako proudový zdroj, zesilovač, spínač a řízený odpor. Výkonové tranzistory FET, struktury DMOS, VDMOS, a VMOS. Paralelní integrace tranzistorů, struktura HEXFET. Tranzistor IGBT, struktura, princip činnosti, náhradní obvod. 7) Spínací prvky. Tyristor, základní struktura, funkce, náhradní schéma. Tyristor v závěrném, blokovacím a propustném stavu, ampérvoltové charakteristiky. Speciální druhy tyristorů, jejich použití. Triak, princip činnosti. Dvoubázová dioda. Diak. Použití spínacích prvků v regulačních obvodech.

Cvičení odborného základu

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Dioda. Linearizace ampér-voltové charakteristiky diody, odpovídající náhradní obvod. Obvody s diodami v sériovém a paralelním zapojení. Diferenciální odpor diody v propustném směru. Dioda jako řízený odpor a jako spínač. Dioda jako usměrňovač. Stabilizační dioda. Ampér-voltová charakteristika a důležité parametry. Princip stabilizace napětí. Návrh napěťového stabilizátoru. Bipolární tranzistor. Nastavení pracovního bodu, grafické a numerické řešení. Napěťový zesilovač ve třídě A. Zapojení SE, SC a SB. Napěťové zesílení, vstupní odpor, výstupní odpor. Unipolární tranzistor JFET. Nastavení pracovního bodu, grafické a numerické řešení. Napěťový zesilovač ve třídě A. Napěťové zesílení, vstupní odpor, výstupní odpor. Unipolární tranzistor IGFET. Nastavení pracovního bodu, grafické a numerické řešení. Napěťový zesilovač ve třídě A. Napěťové zesílení, vstupní odpor, výstupní odpor. Výkonové spínače. Spínač s tranzistorem VDMOS. Chlazení polovodičových součástek. Praktické příklady a výpočty. Digitální obvody. Typy hradel. Kombinační obvody. Sekvenční obvody. Synchronní klopné obvody. Zapojení jednofázových a trojfázových usměrňovačů, dimenzování součástek. Lineární napájecí zdroje. Spínané napájecí zdroje. Napájecí zdroje pro LED. Senzory pro měření teploty, tlaku, vlhkosti a rychlosti proudění plynů a kapalin. Komunikační systémy. Modulace. Demodulace. Směšovače. Přenosy dat po silnoproudých rozvodech. Vysílání televize, mobilní komunikace, datové sítě – základní pojmy.

Laboratorní cvičení

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

1) Zásady pro vzájemné propojování elektronických obvodů. Metody měření v elektronických obvodech. Derivační článek a integrační článek, určení časové konstanty. Diodový usměrňovač. Porovnání dynamických vlastností diod s různou technologií. AV charakteristiky polovodičových diod. 2) Diferenciální odpor polovodičového přechodu. Řízený napěťový dělič. Diodový spínač. Diodový stabilizátor napětí. Fotodioda. Bipolární transistor (BT). 3) Výstupní charakteristika BT v zapojení SE. BT jako napěťový zesilovač v zapojení SE. Zapojení pro nastavení pracovního bodu BT. BT jako spínač. 4) Tranzistory J-FET a VDMOS. Převodní charakteristika. Výstupní charakteristika. Napěťový zesilovač. Spínač s tranzistorem VDMOS. Zapojení s induktuvní zátěží. 5) Tyristor. Vstupní charakteristika. Spínací charakteristika. 6) Doměřování, náhradní cvičení, zápočet