Podstawy fizyki ciala stalego i elektroniki

Kod przedmiotu
13.2-08-12-D/04
LICZBA PUNKTÓW ECTS
3
Nazwa przedmiotu
PODSTAWY FIZYKI CIAŁA STAŁEGO I ELEKTRONIKI
Jednostka prowadząca
Instytut Fizyki
Kierunek studiów
Fizyka, studia stacjonarne I-go stopnia
Rok, semestr,
formy zajęć i liczba godzin
Kierownik i realizatorzy
Przedmioty wprowadzające i
wymagania wstępne
Ramowy program przedmiotu
Formy zajęć
Rok
Semestr
wykład
II
III
15
Konwersatorium laboratorium
ćwiczenia
Punkty
ECTS
45
Wykład: dr hab. Zdzisław M. Stępień
Ćwiczenia: dr hab. Zdzisław M. Stępień
Wiedza w zakresie podstaw fizyki na poziomie akademickim
Wykład:
1. Struktura krystalograficzna i symetrie
1.1. Grupa translacji
1.1.1. Sieć
1.1.2. Sieć odwrotna
1.1.3. Grupa holoedrii
1.2. Przykłady sieci
2. Własności gazu elektronów swobodnych
3. Emisja elektronów
3.1. Termoemisja
3.2. Emisja polowa. Zjawisko tunelowe
3.3. Fotoemisja
3.4. Emisja wtórna
4. Elektrony w idealnym potencjale krystalicznym
4.1. Definicja operatorów symetrii
4.2. Zagadnienie wartości własnych operatorów symetrii
4.3. Twierdzenie Blocha
4.4. Model prawie swobodnych elektronów
4.5. Model ciasnego wiązania
4.6. Pasma energetyczne
4.7. Gęstość stanów. Punkty krytyczne
5. Ruch elektronów i zjawiska transportu
5.1. Ruch elektronów w pasmach i masa efektywna
5.2. Prądy w pasmach i dziury
5.3. Równanie Boltzmanna
5.4. Przewodnictwo elektryczne
5.5. Zjawiska termoelektryczne
6. Półprzewodniki
6.1. Koncentracja nośników w półprzewodnikach samoistnych
6.2. Domieszkowanie półprzewodników
6.3. Koncentracja nośników w półprzewodnikach domieszkowanych
6.4. Przepływ prądu w półprzewodnikach
7. Diody półprzewodnikowe złączowe
7.1. Warunki równowagi
7.1.1. Prądy dyfuzji
7.1.2. Mechanizmy rekombinacji
7.2. Warstwa zaporowa
7.3. Prostowanie na złączu pn
7.4. Dioda tunelowa i inne diody
8. Tranzystor bipolarny
8.1. Przepływ prądu w tranzystorach
8.2. Parametry tranzystora
9. Tranzystory unipolarne
9.1. Tranzystor unipolarny złączowy
3
9.2. Tranzystor unipolarny z izolowaną bramką (MOSFET)
9.2.1. Tranzystory w systemie CMOS
10. Przyrządy fotoelektryczne i półprzewodnikowe źródła światła
10.1. Fotodioda
10.2. Fototranzystor
10.3. Dioda elektroluminescencyjna
10.4. Dioda laserowa
Ćwiczenia:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
Tranzystor. Pomiar rodziny charakterystyk statycznych badanego
tranzystora. Tranzystor w układzie wzmacniacza, obliczenie
wzmocnienia Ku.
Stabilizator napięcia stałego. Pomiar rodziny charakterystyk
przejściowych i obciąŜenia badanego stabilizatora.
Przetwornik cyfrowo-analogowy. Pomiar rodziny charakterystyk
przejściowych przetwornika dla róŜnych napięć odniesienia.
Układy logiczne. Badanie bramek: NOT, AND, OR, NAND, NOR i EXOR oraz sprawdzenie praw de Morgana.
Dwójniki nieliniowe. Graficzne przedstawienie charakterystyk badanych
dwójników na ekranie oscyloskopu.
Wzmacniacz rezonansowy. Pomiar charakterystyki częstotliwościowej
Ku=f(n), wyznaczenie częstotliwości rezonansowej i szerokości
przenoszonego pasma Dn badanego wzmacniacza.
Wzmacniacz jedno i dwu stopniowy o obciąŜeniu RC. Wykreślenie
charakterystyk: częstotliwościowej i fazowej badanego wzmacniacza
metodą pomiaru elipsy na ekranie oscyloskopu.
Wzmacniacz operacyjny. Realizacja wzmacniacza o charakterystyce:
liniowej, całkującej, róŜniczkującej, logarytmującej itd.
Obwód rezonansowy z wstępnym namagnesowaniem rdzenia cewki.
Wyznaczenie częstotliwości rezonansowej i dobroci obwodu dla róŜnych
prądów magnesujących.
Badanie przerzutników. Przerzutniki: asynchroniczny i synchroniczny
typu RS, typu JK, D i T. MontaŜ poszczególnych przerzutników z
bramek logicznych.
Badanie liczników. Liczniki mod. 2, 3, 4, 5 itd. MontaŜ poszczególnych
liczników z przerzutników typu JK.
Dekodery i wyświetlacze. Dekodery dziesiętne. Dekodery do
wyświetlaczy siedmiosegmentowych na diodach LED i 1 z 10.
Testowanie układów scalonych: UCY7442 i UCY7447.
Generatory przebiegów impulsowych. Przerzutniki monostabilne i
multiwibratory. MontaŜ przerzutnika monostabilnego z bramek NAND.
Testowanie układów scalonych: UCY74121 i UCY74123.
Mikrokomputer - budowa i zasada działania. System operacyjny DOS.
Mikrokomputer - instalacja graficznego systemu operacyjnego Windows
3.11i Windows 95.
Mikrokomputer - instalacja Windows 98 lub Windows XP, multimedia.
Forma zaliczenia zajęć
Wykład – egzamin, ćwiczenia laboratoryjne – zaliczenie na ocenę.
Metoda dydaktyczna
Wykład, ćwiczenia laboratoryjne
1. C.Kittel, Wstęp do fizyki ciała stałego, PWN, Warszawa, 1997.
2. N.A.Ashcroft, N.D.Mermin, Fizyka ciała stałego, PWN, Warszawa,
1986.
3. A.van der Ziel, Podstawy fizyczne elektroniki ciała stałego, WNT,
Warszawa, 1980.
Literatura