Z1-PU7 WYDANIE N1 Strona 1 z 1
(pieczęć wydziału) KARTA PRZEDMIOTU
1. Nazwa przedmiotu: ELEMENTY ELEKTRONICZNE 2. Kod przedmiotu: EE 3. Karta przedmiotu ważna od roku akademickiego: 2011/2012
4. Forma kształcenia: studia pierwszego stopnia 5. Forma studiów: studia stacjonarne
6. Kierunek studiów: ELEKTRONIKA I TELEKOMUNIKACJA (WYDZIAŁ AEiI) 7. Profil studiów: ogólnoakademicki
8. Specjalność:
9. Semestr: 2, 3
10. Jednostka prowadząca przedmiot: Instytut Elektroniki 11. Prowadzący przedmiot: dr inż. Krzysztof Waczyński 12. Przynależność do grupy przedmiotów:
przedmioty wspólne
13. Status przedmiotu: obowiązkowy 14. Język prowadzenia zajęć: polski
15. Przedmioty wprowadzające oraz wymagania wstępne: fizyka, algebra, analiza matematyczna 16. Cel przedmiotu: Celem wykładu jest zapoznanie słuchaczy z podstawowymi właściwościami materiałów półprzewodnikowych w tym przede wszystkim krzemu, ponieważ ten materiał jest w ponad 90% wykorzystywany do budowy przyrządów półprzewodnikowych i układów scalonych. W ramach wykładu studenci zapoznają się z budową, zasadą działania i parametrami kilku podstawowych struktur półprzewodnikowych, takich jak: dioda półprzewodnikowa, tranzystor bipolarny, tranzystor polowy ze złączem p-n i tranzystor polowy z izolowaną bramką. Wiedza nabyta przez studentów w trakcie wykładu i prowadzonych równolegle ćwiczeń rachunkowych czy ćwiczeń laboratoryjnych powinna umożliwić zrozumienie zagadnień prezentowanych w ramach kolejnych zajęć na temat układów elektronicznych.
17. Efekty kształcenia:1
Nr Opis efektu kształcenia Metoda sprawdzenia
efektu kształcenia
Forma prowadzenia
zajęć
Odniesienie do efektów dla kierunku
studiów
1
Ma elementarną wiedzę w zakresie podstaw budowy ciała stałego, klasyfikacji materiałów z
wykorzystaniem modelu pasmowego, ze szczególnym zwróceniem uwagi na materiały półprzewodnikowe. Ma uporządkowaną wiedzę umożliwiającą opis podstawowych zjawisk zachodzących w materiałach półprzewodnikowych
Sprawdzian pisemny z umiejętności
rozwiązywania zadań Egzamin testowy
Wykład Ćwiczenia rachunkowe
K1_W02 K1_W05
2
Ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę w zakresie działania podstawowych elementów elektronicznych, takich jak: diody półprzewodnikowe, tranzystory bipolarne,
tranzystory polowe ze złączem p-n oraz tranzystory polowe z izolowaną bramką
Sprawdzian pisemny z umiejętności
rozwiązywania zadań Egzamin testowy
Wykład ćwiczenia rachunkowe
K1_W13
1 należy wskazać ok. 5 – 8 efektów kształcenia
Z1-PU7 WYDANIE N1 Strona 2 z 2
3
Potrafi pozyskiwać informacje z literatury na temat budowy, zasady działania oraz parametrów wybranych elementów elektronicznych, potrafi korzystać z kart katalogowych i not aplikacyjnych
Sprawdziany w ramach kontroli poziomu
przygotowania do ćwiczeń
laboratoryjnych
laboratorium K1_U01
4
Potrafi wykorzystać poznane zależności matematyczne do oceny wpływu różnorodnych czynników (temperatura, koncentracje domieszek, wartości pól elektrycznych) na wybrane właściwości materiałów półprzewodnikowych (krzemu, germanu i arsenku galu) i analizy działania elementów elektronicznych
Sprawdziany pisemne z umiejętności wykorzystania określonych zależności matematycznych
Ćwiczenia rachunkowe
K1_U07
5
Potrafi posłużyć się właściwie dobranymi metodami i urządzeniami umożliwiającymi pomiary
podstawowych wielkości charakteryzujących elementy elektroniczne
Sprawdziany w ramach kontroli poziomu
przygotowania do ćwiczeń
laboratoryjnych
Laboratorium K1_U11
6
Rozumie potrzebę ciągłego dokształcania związanego z koniecznością śledzenia rozwoju w dziedzinie modyfikacji konstrukcji optymalizacji parametrów wybranych elementów elektronicznych.
Ma świadomość konieczności pracy w zespołach
Ocena zaangażowania studenta w pracę laboratoryjną
Laboratorium K1_K01 K1_K06
18. Formy zajęć dydaktycznych i ich wymiar (liczba godzin) W.30 Ćw.15 L.30 P.0 Sem.0
19. Treści kształcenia:
WYKŁAD
1. Półprzewodniki - podstawowe zjawiska. Model pasmowy ciała stałego. Półprzewodniki samoistne.
Półprzewodniki niesamoistne - domieszkowe.
2. Transport nośników w półprzewodniku. Ruch cieplny nośników. Wpływ pola elektrycznego – unoszenie. Gęstość prądu unoszenia. Wpływ gradientu koncentracji nośników – dyfuzja.
3. Rezystor półprzewodnikowy. Ogólne zależności. Definicja rezystancji warstwowej.
4. Budowa, struktura, własności i zjawiska zachodzące w niespolaryzowanym złączu p-n. Ustalanie się stanu równowagi w niespolaryzowanym złączu p-n. Model pasmowy złącza p-n. Szerokość warstwy zaporowej. Pole elektryczne w obszarze ładunku przestrzennego. Pojemność złącza.
5. Przepływ prądu przez złącze p–n. Polaryzacja złącza p-n. Złącze niesymetryczne. Generacja i rekombinacja w obszarze zubożonym złącza p–n. Przebicie złącza p–n. Złącze silnie domieszkowane. Praca impulsowa złącza p – n. Modele złącza p – n. Schemat zastępczy nieliniowy. Praca statyczna. Praca dynamiczna. Schemat zastępczy liniowy. Model diody odcinkami liniowy. Model diody odcinkami liniowy – „idealny”, „praktyczny”, „złożony”.
6. Tranzystor bipolarny- zasada działania. Tranzystor bipolarny jako wzmacniacz. Prądy zerowe tranzystora bipolarnego. Tranzystor bipolarny - rozważania teoretyczne. Tranzystor jako czwórnik nieliniowy. Parametry statyczne. Tranzystor bipolarny jako czwórnik liniowy – parametry tranzystora dla małych amplitud prądu zmiennego. Tranzystor jako element przełączający. Praca tranzystora w obszarze odcięcia i nasycenia. Tranzystor bipolarny jako klucz. Rezystancyjny model tranzystora – parametry typu „r”
7. Tranzystory polowe. Tranzystor polowy złączowy -JFET . Zasada działania tranzystora polowego ze złączem p- n. Charakterystyka wyjściowa oraz przejściowa tranzystora JFET. Stany pracy tranzystora JFET. Parametry tranzystora JFET. Charakterystyka prądowo-napięciowa idealnego tranzystora JFET. Schemat zastępczy tranzystora JFET. Tranzystor polowe z izolowaną bramką IGFET . Własności struktury MIS, MOS. Budowa i zasada działania tranzystora MIS, MOS. Praca tranzystora MOS –analiza ilościowa. Modulacja szerokości kanału tranzystora E-MOSFET. Charakterystyka prądowo-napięciowa tranzystora E-MOSFET z kanałem typu n.
Schemat zastępczy tranzystora MOS.
ĆWICZENIA RACHUNKOWE
1. Ustalanie typu przewodnictwa półprzewodnika. Obliczanie koncentracji nośników mniejszościowych i większościowych. Wyznaczanie położenia poziomu Fermiego w półprzewodnikach. Obliczanie konduktywność materiałów półprzewodnikowych. Obliczanie rezystancji rezystorów półprzewodnikowych. Wyznaczanie wartości prądów unoszenia i dyfuzji. Obliczanie wartości pola wbudowanego.
Z1-PU7 WYDANIE N1 Strona 3 z 3
2. Analiza zjawisk zachodzących w złączu p-n. Obliczanie wartości napięcia dyfuzyjnego. Wyznaczanie szerokości złącza p-n. Równanie Shockleya. Obliczanie rezystancji (konduktancji) różniczkowej diody, wyznaczanie parametrów struktury diodowej z charakterystyki prądowo-napięciowej (parametr rekombinacyjny „m”
rezystancja szeregowa i rezystancja upływu. Analiza struktury diodowej poprzez wykorzystanie modeli diody (idealnego, praktycznego, złożonego).
3. Wyznaczanie rezystnacji (konduktancji) różniczkowej diody, wyznaczanie parametrów struktury diodowej z charakterystyki prądowo-napięciowej (parametr rekombinacyjny „m” rezystancja szeregowa i rezystancja upływu. Analiza struktury diodowej poprzez wykorzystanie modeli diody (idealnego, praktycznego, złożonego).
4. Obliczanie prądów i napięć w tranzystorze bipolarnym. Wyznaczanie parametrów αDCβDC. Praca tranzystora w prostych układach polaryzacyjnych. Dobór punktu pracy tranzystora bipolarnego (prosta obciążenia), praca tranzystora w obszarze aktywnym normalnym i w obszarze nasycenia i zatkania (odcięcia)
5. Analiza pracy tranzystorów polowych. Wyznaczanie wielkości charakterystycznych dla tranzystorów JFET – napięcia odcięcia oraz prądu drenu. Tranzystory MOSFET w prostych układach polaryzacyjnych, obliczanie prądu drenu w tranzystorach D-MOSFET i E-MOSFET.
LABORATORIUM
1. Diody półprzewodnikowe (pomiar charakterystyk statycznych oraz podstawowych parametrów stałoprądowych i małosygnałowych).
2. Tranzystory bipolarne (pomiar charakterystyk statycznych oraz podstawowych parametrów stałoprądowych i małosygnałowych dla układów wspólnej bazy i wspólnego emitera).
3. Tranzystory polowe typów PNFET i MISFET (pomiar charakterystyk statycznych oraz podstawowych parametrów stałoprądowych i małosygnałowych).
4. Badanie właściwości temperaturowych diod i tranzystorów bipolarnych.
5. Badanie właściwości częstotliwościowych diod i tranzystorów bipolarnych.
6. Badanie właściwości półprzewodnikowych przyrządów optoelektronicznych (diody LED, fotodiody, fotorezystory).
7. Badanie wzmacniacza oporowego wykorzystującego tranzystor bipolarny.
8. Badanie wzmacniacza różnicowego wykorzystującego tranzystory bipolarne i unipolarne.
9. Badanie prostych źródeł prądowych wykorzystujących tranzystory bipolarne.
10. Badanie parametrów wzmacniaczy operacyjnych.
20. Egzamin: tak
21. Literatura podstawowa:
1. Waczyński K., Wróbel E.: „Elektroniczne Przyrządy Półprzewodnikowe –zasady działania diod i tranzystorów- rozwiązywanie zadań zadania”. Skrypt nr 2396, Wyd. Pol. Śl., Gliwice, 2007.
2. Waczyński K.: „Przyrządy półprzewodnikowe – podstawy działania diod i tranzystorów” skrypt 2022, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1997
3. Kleszczewski Z.: „Podstawy fizyczne elektroniki ciała stałego” Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 1997
4. Zioło K. (red.): „Laboratorium Elektroniki I”. Skrypt nr 2177, Wyd. Pol. Śl., Gliwice, 1999 22. Literatura uzupełniająca:
1. Ciążyński W. E.: „Elektronika Analogowa w Zadaniach – analiza stałoprądowa i wielkosygnałowa układów półprzewodnikowych” Tom1, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2009
2. Ciążyński W. E.: „Elektronika Analogowa w Zadaniach – analiza wpływu zmian temperatury na pracę układów półprzewodnikowych” Tom2, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2009 3. Ciążyński W. E.: „Elektronika Analogowa w Zadaniach – Analiza małosygnałowa układów
półprzewodnikowych” Tom2, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2010 4. Marciniak W.: “Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone” WNT, Warszawa 1979 5. Hennel J.: „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej” WNT, Warszawa 1995
6. Floyd T.L.: “Electronics Devices” Prentice-Hall Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458, 1999
Z1-PU7 WYDANIE N1 Strona 4 z 4
23. Nakład pracy studenta potrzebny do osiągnięcia efektów kształcenia
Lp. Forma zajęć Liczba godzin
kontaktowych / pracy studenta
1 Wykład 30/5
2 Ćwiczenia 15/15
3 Laboratorium 30/40
4 Projekt 0/
5 Seminarium 0/
6 Inne 5/25
Suma godzin 80/85
24. Suma wszystkich godzin: 165 25. Liczba punktów ECTS:2 6
26. Liczba punktów ECTS uzyskanych na zajęciach z bezpośrednim udziałem nauczyciela akademickiego 3 27. Liczba punktów ECTS uzyskanych na zajęciach o charakterze praktycznym (laboratoria, projekty) 2 26. Uwagi:
Zatwierdzono:
………. ………
(data i podpis prowadzącego) (data i podpis dyrektora instytutu/kierownika katedry/
Dyrektora Kolegium Języków Obcych/kierownika lub dyrektora jednostki międzywydziałowej)
2 1 punkt ECTS – 30 godzin.
