Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Elektronik I.

    A tantárgy angol neve: Electronics I. (In German)

    Adatlap utolsó módosítása: 2006. július 1.

    Tantárgy lejárati dátuma: 2013. június 30.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnöki Szak

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIEE2241 4 4/0/0/v 5 3/1
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Zólomy Imre,
    4. A tantárgy előadója

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Zólomy Imre

    Egyetemi tanár

    Elektronikus Eszközök T.

    Dr. Schön András

    Egyetemi adjunktus

    Elektronikai Technológia Tsz

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    Fizika 3. félév, Digitális technika 1. félév

    6. Előtanulmányi rend
    Ajánlott:

    Tematikaütközés miatt a tárgyat csak azok vehetik fel, akik korábban nem hallgatták a következő tárgyakat:

    -

    7. A tantárgy célkitűzése

    A három féléves tárgy feladata az elektronikai alkatrészekre, a mikroelektronikára és az elektronikuáramkörökre vonatkozó azon alapismeretek elsajátíttatása, amelyek minden villamosmérnök számára nélkülözhetetlenek.

    A tárgy első része az alkatrészek, aktív eszközök felépítését, működését, elektromos paramétereit ismerteti és a mikroelektronika alapfogalmait mutatja be. A továbbiakban erre a bázisra támaszkodva tárgyalja az egyenirányítók, lineáris erősítők, nemlineáris áramkörök, oszcillátorok, keverők, digitális alapáramkörök, analóg+digitális áramkörök, nagyfrekvenciás áramkörök működését, tervezési módszereit.

    A tantárgy jártasságot ad az elektronikai alkatrészek paramétereinek kezelésében, az ezen alkatrészekből felépített alapáramkörök valamint összetettebb egységek elektromos tulajdonságainak számítási módszereiben (erősítés, frekvenciamenet, illesztési impedanciák, tranziensek, zaj, stb.) és tervezésük alapvető kérdéseiben. Súlyt helyez a számítógépes tervezési eljárásokra.

    A tárgy megfelelő bázist nyújt az adott területen ahhoz, hogy a későbbi, szakirányú képzés tantárgyai az elektronikai alapfogalmak biztos ismeretére támaszkodhassanak. A tárgy harmadik féléve a szakirányok speciális igényeit kiszolgálandó három (leginkább a témák súlyozásában eltérő) párhuzamos kurzusban kerül előadásra.

    8. A tantárgy részletes tematikája

    A tárgy első féléve az aktív elemek (tranzisztorok) felépítésével, működésével, elektromos jellemzőivel, valamint a félvezetős mikroelektronika jellegzetes alkatrészeivel, alapáramköreivel, tervezési módszereivel foglalkozik.

    Félvezető anyagok: többségi és kisebbségi hordozók, diffúziós és sodródási áram, folytonossági egyenlet. (Erősen támaszkodva a Fizika 3. félévére.)

    A félvezető pn átmenet. Kivitel. Potenciálgát, kiürített réteg. Az ideális dióda egyenlet. A valóságos karakterisztika. A differenciális ellenállás, a tértöltési és a diffúziós kapacitás. Kapcsoló működés. A gyakorlati kivitel. Zener, Schottky és varicap dióda. Munkapontszerkesztés, példák a diódák alkalmazására.

    A bipoláris tranzisztorok. A planáris tranzisztor felépítése. A tranzisztorhatás és a működési tartományok. A Ebers-Moll helyettesítőkép egyenletek. A gyakorlati karakterisztikák. Nagyfrekvenciás tulajdonságok, határfrekvenciák. Kisjelű fizikai valamint négypólus helyettesítő képek, valamint ezek elemeinek meghatározása. A kapcsolóüzemű működés.

    A tirisztor felépítése, működési elve, karakterisztikája, jellemző paraméterei. Bebillenés feltétele, feszültség és áramváltozás sebességének korlátai, katódrövidzár szerepe.

    A MOS dióda. Akkumuláció, kiürítés, inverzió. A küszöbfeszültség. A MOSFET felépítése, kivitelezése. Működési elv, karakterisztikák. Növekményes és kiürítéses működés. Az egyszerű négyzetes karakterisztika egyenlet. Csatornarövidülés, szubsztrát hatás. Szubmikronos MOS tranzisztorok. Kapacitások, dinamikus tulajdonságok. A JFET felépítése, működési elve, karakterisztikái.

    Az IC technológia fő vonásai. Szelet, chip, maszkok, csíkszélesség, illesztés. Szerelés, tokozás. A mélységi struktúra kialakítása. Oxidálás, epitaxia, diffúzió, ion-implantáció. A felületi struktúra kialakítása: litográfia, maszkolás.Vákuumpárologtatás, fémösszeköttetések létrehozása.

    Passzív és aktív alkatrészek megvalósítása IC-kben. Ellenállások és kondenzátorok megvalósítása. Nemlinearitás, frekvenciafüggés, parazita hatások. Összekötő vezetékek az IC-ben: az ellenállás és a szórt kapacitás nagyságrendje, impulzusátvitel, késleltetés. A MOS és a bipoláris tranzisztorok jellegzetes kivitele. A szigetelés problémái.

    Analóg alapkapcsolások alapfogalmai. Közös (földelt) emitteres, közös bázisú, közös kollektoros, közös source, közös drain kapcsolás. Munkapontbeállítás, munkapont stabilitás. A kisjelű működés. Erősítés, bemeneti és kimeneti ellenállás. Két-tranzisztoros kapcsolások (Darlington, kaszkód kapcsolás, bipoláris és MOS differenciálerősítő, áramtükör). Egyszerű OTA áramkör.

    Digitális alapáramkörök. Jellemző paraméterek: szintek, zavarvédettség, terjedési idő, stb. A transzfer karakterisztika és a komparálási feszültség fogalma. A fontosabb logikai áramkörcsaládok (CMOS, nMOS, TTL) bevezetése. Az alapkapuk felépítése, tulajdonságai. Az áramkörcsaládok összehasonlítása.

    A passzív terhelésű nMOS inverterek. A W/L arányok jelentősége. A transzfer karakterisztika. Layout-rajz. A CMOS inverter áramkör kapcsolása, felépítése. Transzfer karakterisztika, egymásba-vezetés. A dinamikus fogyasztás okai, számítása. A TTL kapu felépítése, működése.

    Logikai kapuk kialakítása passzív terheléssel (nMOS). Logikai kapuk CMOS kivitelben. Méretezési szabályok. A komplex kapuk és előnyeik. Inverter kapcsolási időinek számítása kapacitív terhelésnél. Terjedési idő nagyságrendek. A ring oszcillátor mint mérőáramkör. A power-delay szorzat.

    Vonal- és busz-meghajtó áramkörök n-MOS és CMOS kivitelben. Megoldások a háromállapotú kimenet biztosítására. A transzfer gate működése, alkalmazása nMOS és CMOS áramkörben.

    Órajellel vezérelt CMOS, pszeudo nMOS. Dinamikus CMOS áramkörök, az előtöltési elv. Tárolók megvalósítása sztatikus, transzfer gate-es és dinamikus kivitelben. Áramköri példák.

    Memóriák: a memória-chip tipikus felépítése. ROM memóriák. Maszkkal programozott, MOS tranzisztoros ROM felépítése, működése, layout-ja. Bipoláris beégetett PROM. EPROM és EEPROM memóriák. Sztatikus MOS RAM memória cellája, író-olvasó áramköre. Dinamikus MOS RAM memóriák: az egytranzisztoros cella felépítése, működése. A töltésmegosztás problémája a cella és a bitvonal között. A frissítés szükséges gyakorisága.

    Az IC-k számítógépes tervezése. Tervezési módszerek, hierarchikus tervezés. Viselkedési, logikai és áramköri szimuláció. Layout tervezés. Automatizált tervezés: silicon compiler. Maszk ellenőrzés (szabály ellenőrzés, visszafejtés).

    A berendezés-orientált (ASIC) áramkörök. Az irányzat kialakulásának okai, feltételei. A jellegzetes típusok. Elem-mátrix és kapu-mátrix áramkörök felépítése. A standard cellás felépítés. Követelmények a cellakönyvtárral szemben. A programozható logikai eszközök (PLA, PLD, stb.) .

    Az integrált áramkörök tesztelési kérdései. Sztatikus, funkcionális és dinamikus mérés. A teszt szekvencia generálás problémája. Tesztelhetőre tervezés, scan design, beépített önteszt.

    Elektronikus áramkörök termikus problémái. Az IC alkatrészek terhelhetősége. Disszipáció, hőelvezetés, hűtés. Termikus csatolások az IC-kben.

    Kitekintés: GaAs MeSFET áramkörök, optikai-elektromos IC-k, mikromechanika, integrált mikrorendszerek.

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    Tantermi előadások, kisebb részben tantermi példa-megoldási gyakorlatok.

    10. Követelmények
    1. A szorgalmi időszakban:
    2. 1 db. házi feladat kidolgozása (eredményes teljesítés a szorgalmi időszak végéig), 1 zárthelyi legalább elégséges szintű teljesítése A fentiek teljesítése képezi az aláírás feltételét..

    3. A vizsgaidőszakban:
    4. A vizsga írásbeli. (60 perc)

    5. A tárgyból nem tartunk elővizsgát.
    11. Pótlási lehetőségek

    Sikertelen zh esetén a szorgalmi időszakban egyszeri pótlási lehetőséget biztosítunk.

    A vizsgaidőszakban a TVSz adta keretek között az aláírás pótlólagos megszerzésére lehetőséget adunk

    12. Konzultációs lehetőségek

    A zh írás előtti időszakban ill. a vizsganapok előtt az előadókkal történt személyes egyeztetés alapján biztosítunk konzultációs lehetőséget.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    1. Dr. Székely Vladimir: Elektronika I. (félvezető eszközök) Műegyetemi kiadó 2001. 55045

    1. R. Köstner – A. Möschwitzer: Elektronische SchaltungenCarl Hanser Verlag 1993

    3. Mikroelektronika és elektronikai technológia, Szerk: Dr.Mojzes I. Műszaki Könyvkiadó, 1995

    4. Elektronikus áramkörök, dr. Hainzmann J., dr. Varga S., dr. Zoltai J., Tankönyvkiadó, 1992

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

    :

    Kontakt óra

    60

    Félévközi készülés órákra

    30

    Felkészülés zárthelyire

    15

    Házi feladat elkészítése

    15

    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása

    ..

    Vizsgafelkészülés

    30

    Összesen

    150

    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Székely Vladimír

    Dr. Zólomy Imre

    egyetemi tanár

    egyetemi tanár

    Elektronikus Eszközök T.

    Elektronikus Eszközök T.

    .