KARTA PRZEDMIOTU 1. Nazwa przedmiotu: ELEMENTY

Z1-PU7
WYDANIE N1
Strona 1 z 1
KARTA PRZEDMIOTU
(pieczęć wydziału)
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
1
2
1
Opis efektu kształcenia
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
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
należy wskazać ok. 5 – 8 efektów kształcenia
Metoda sprawdzenia
efektu kształcenia
Forma
prowadzenia
zajęć
Sprawdzian pisemny z Wykład
umiejętności
Ćwiczenia
rozwiązywania zadań rachunkowe
Egzamin testowy
Sprawdzian pisemny z Wykład
umiejętności
ćwiczenia
rozwiązywania zadań rachunkowe
Egzamin testowy
Odniesienie
do efektów
dla kierunku
studiów
K1_W02
K1_W05
K1_W13
Z1-PU7
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
3
poziomu
przygotowania do
ćwiczeń
laboratoryjnych
Potrafi wykorzystać poznane zależności
Sprawdziany pisemne
matematyczne do oceny wpływu różnorodnych
z umiejętności
czynników (temperatura, koncentracje domieszek,
wykorzystania
4
wartości pól elektrycznych) na wybrane właściwości określonych
materiałów półprzewodnikowych (krzemu, germanu zależności
i arsenku galu) i analizy działania elementów
matematycznych
elektronicznych
Potrafi posłużyć się właściwie dobranymi metodami Sprawdziany w
i urządzeniami umożliwiającymi pomiary
ramach kontroli
5
podstawowych wielkości charakteryzujących
poziomu
elementy elektroniczne
przygotowania do
ćwiczeń
laboratoryjnych
Rozumie potrzebę ciągłego dokształcania
Ocena zaangażowania
związanego z koniecznością śledzenia rozwoju w
studenta w pracę
6
dziedzinie modyfikacji konstrukcji optymalizacji
laboratoryjną
parametrów wybranych elementów elektronicznych.
Ma świadomość konieczności pracy w zespołach
18. Formy zajęć dydaktycznych i ich wymiar (liczba godzin)
W.30
Ćw.15
L.30
P.0
WYDANIE N1
Strona 2 z 2
laboratorium
K1_U01
Ćwiczenia
rachunkowe
K1_U07
Laboratorium K1_U11
Laboratorium K1_K01
K1_K06
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 pn. 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 αDC βDC. 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
30/5
1
Wykład
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.