Detail předmětu

Elektronické součástky

FEKT-BPC-ESOTAk. rok: 2024/2025

Základy fyziky polovodičů. Přechod PN. Polovodičová dioda. Bipolární tranzistor. Unipolární tranzistory. Spínací prvky, tyristor, triak, diak, tranzistor IGBT. Vakuové součástky. Pasivní součástky.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

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 - 10 bodů; minimum 6 bodů.
Numerická cvčení, TEST 2 - 10 bodů; bodový limit není stanoven.
Laboratorní cvičení - 30 bodu; minimum 20 bodů.
Závěrečná zkouška - 50 bodů; minimum 25 bodů.
Laboratorní cvičení. Numerická cvičení.

Učební cíle

Seznámit studenty s vlastnostmi 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 :

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 činnost přechodu PN v zapojení usměrňovače, stabilizátoru napětí, kapacitní diody, fotodiody, luminiscenční diody a řízeného diferenciálního odporu.
Popsat a vysvětlit mechanismy průrazu přechodu PN. Tunelový průraz, lavinový průraz, tepelný průraz a povrchový průraz.
Popsat strukturu bipolárního tranzistoru a vysvětlit její činnost.
Navrhnout a analyzovat zesilovač ve třídě A a spínač s bipolárním tranzistorem.
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.
Popsat strukturu tyristoru a na náhradním schématu vysvětlit její činnost.
Popsat strukturu triaku a vysvětlit její činnost .
Definovat princip fázového řízení spínacích prvků.
Nakreslit a vysvětlit příklady typického zapojení obvodů s tyristorem a s triakem.
Definovat a vysvětlit mechanismy emise elektronů ve vakuu.
Vysvětlit funkci nejdůležitějších elektronek (triody, tetrody, pentody, majákové triody, magnetronu a klystronu).
Definovat parazitní vlastnosti rezistorů a vysvětlit vliv použitých materiálů a konstrukce 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.

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-AUD bakalářský

    specializace AUDB-TECH , 1. ročník, letní semestr, povinný

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

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc.

Osnova

1) Přechod PN. Přechod PN v rovnovážném stavu, vyprázdněná oblast, difúzní napětí. Bariérová a difúzní kapacita. 2) Ampérvoltová charakteristika přechodu PN. Průrazy přechodu PN. Jiné typy přechodů, přechod kov-polovodič. 3) Polovodičová dioda. Dioda v propustném a závěrném směru. Dioda jako usměrňovač, zdroj referenčního napětí, spínač a řízený odpor. 4) Polovodičová dioda. Varikap, varaktor, tunelová dioda. Schottkyho dioda. Tunelová dioda. Fotodioda, Struktura PIN. Fotodioda PIN. Výkonová dioda PIN. 5) Polovodičová dioda. Technologie výroby diod. Typická zapojení obvodů s diodami. Přehled parametrů vybraných typů diod. 6) Bipolární tranzistor. Struktura tranzistoru, princip činnosti. Ampérvoltové charakteristiky tranzistoru v zapojení se společným emitorem (SE). Normální a inverzní aktivní režim, saturační a závěrný režim tranzistoru. 7) Bipolární tranzistor. Linearizované modely, h-parametry, y-parametry. První a druhý průraz tranzistorové struktury. Charakteristické závislosti parametrů tranzistorů na pracovních podmínkách. 8) 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. 9) Unipolární tranzistory. JFET. MOSFET. Princip činnosti, základní typy a jejich struktury. Lineární (aktivní) režim a saturační režim. Ampérvoltové charakteristiky. Tranzistor jako proudový zdroj, zesilovač, spínač a řízený odpor. 10) Unipolární tranzistory. Linearizované modely. Struktury CCD. Polovodičové paměti využívající jevů na strukturách FET. MESFET, struktura, princip činnosti. Výkonové tranzistory FET, struktury DMOS, VDMOS, a VMOS. Paralelní integrace tranzistorů, struktura HEXFET. Tranzistor IGBT, struktura, princip činnosti, náhradní obvod. 11) 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. 12). Optoelektronické prvky. Základní fotometrické veličiny. Fotoodpor, fotovodivost. fototranzistor. Luminiscenční dioda. Laserová dioda. 13). Vakuové prvky. Emise elektronů ve vakuu. Typy elektronek. Vysokofrekvenční a mikrovlnné elektronky - klystron, magnetron.

Cvičení odborného základu

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc.

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. Návrh 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.

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc.

Osnova

1) Zásady pro vzájemné propojování elektronických obvodů. Metody měření v elektronických obvodech. Derivační článek a integrační článek, určení časové konstanty. 2) Diodový usměrňovač.Porovnání dynamických vlastností diod s různou technologií. AV charakteristiky polovodičových diod. 3) Diferenciální odpor polovodičového přechodu. Řízený napěťový dělič. Určení koeficientu m. Diodový spínač. 4) Přechod PN v závěrném směru. Diodový stabilizátor napětí. Fotodioda. Bipolární transistor (BT). 5) Výstupní charakteristika BT v zapojení SE. BT jako napěťový zesilovač v zapojení SE. 6) Zapojení pro nastavení pracovního bodu BT. Vstupní a výstupní odpor BT v zapojeních SE,SC a SB 7) BT jako spínač. Optron. 8) Tranzistor J-FET. Převodní charakteristika. Výstupní charakteristika. J-FET jako napěťový zesilovač. 9) Tranzistor VDMOS. Převodní charakteristika. Výstupní charakteristika. VDMOS jako napěťový zesilovač. 10) Spínač s tranzistorem VDMOS. Zapojení s induktuvní zátěží. 11)Tyristor. Vstupní charakteristika. Spínací charakteristika. 12) Doměřování a náhradní cvičení. 13 Zápočet