Elektronikus eszközök és alkatrészek

A tantárgy angol neve: Electron Devices and Components

Adatlap utolsó módosítása: 2016. április 27.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar
Villamosmérnöki Szak

 

 

Szabadon választható tárgy
Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIEEAV98   2/0/0/f 2  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Mizsei János, Elektronikus Eszközök Tanszéke
4. A tantárgy előadója

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

Dr. Mizsei János

Egyetemi tanár

Elektronikus Eszközök Tsz

Dr. Juhász László

Egyetemi adjunktus

Elektronikus Eszközök Tsz

Szűcs Zoltán

fejlesztőmérnök

Ericsson Magyarország Kft.

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

Fizika, Villamosságtan, Anyagtudomány, Elektronika, Mikroelektronika.

7. A tantárgy célkitűzése

Az elektronika minden műszaki területen kulcsszerepet játszik. Az elektronikus rendszerek felépítéséhez szükséges eszközök átfogó, rendszerbe illesztett összefoglaló ismertetése olyan készséget alapoz meg, ami segíthet a mérnöki tevékenység során az optimális műszaki megoldás megtalálásában.

A tárgy kifejezetten a teljességre törekedve mutatja be az elektronikában használt eszközöket, alkatelemeket, alkatrészeket, különös tekintettel a működés fizikai alapjaira, az eszközök modelljeire, a konkrét megvalósítás (gyártástechnológia), a környezeti feltételek és az eszközparaméterek közötti összefüggésekre.

A tantárgy hézagpótló abban a tekintetben, hogy az Elektronika és Mikroelektronika tárgyakban nem ismertetett eszközökre is kitér, mélyebben ismerteti az eszközök működési elvét, ugyanakkor hangsúlyozottan törekedve az előbb említett tárgyakkal való átfedések kiküszöbölésére, illetve minimálisra való csökkentésére. Ennek megfelelően nem tér ki az eszközök áramkörökbe való illesztésére, s csak egy-egy bevezető mondat erejéig utal a korábbiakban már ismertetett fizikai jelenségekre.

8. A tantárgy részletes tematikája

Az elektronikus eszközök osztályozása, rendszerbe foglalása, elektronikatörténet. Elektron transzport fémekben, félvezetőkben, szigetelőkben és vákuumban (ohmos ellenállás, alagúthatás, töltéshordozók szóródása). Méretfüggő jelenségek, a határfelületek hatása. Potenciálok eloszlása, töltéshordozó koncentrációk és Fermi szintek, kvázi-Fermi szintek. Passzív elemek: modelljeik, fizikai megvalósítási lehetőségeik diszkrét és integrált áramköri kivitelben. Fizikai jelenségek félvezetőkben: a sztatikus tér hatása a felületi tartományokra, határfelületek tulajdonságai (fém-fém, fém-szigetelő, fém-félvezető, félvezető homo-, és heteroátmenetek, fém-szigetelő-félvezető átmenetek). Az átmenetek működése, fő és mellékjelenségek. Töltéshordozók injektálása és elszívása. A pn átmenet alkalmazásai: egyenirányító diódák, Zener és alagútdiódák, változtatható kapacitású diódák, fotodiódák, napelemek, világító diódák, lézer diódák működése és gyakorlati kivitelezése. Átmenetek egymásra hatása (tranzisztorhatás), pnp és npn tranzisztorok megvalósítási lehetőségei. Több pn átmenetet tartalmazó bipoláris eszközök (tirisztorok). Térvezérelt eszközök. Bipoláris és térvezérelt tranzisztorok összehasonlítása. Funkcionális eszközök: töltéscsatolt eszközök, kombinált MOS és bipoláris tranzisztorok (kompozit, Darlington, IGBJT). A CMOS és BiCMOS. Teljesítmény eszközök, termikus hatások. Érzékelők, egyéb elektronikus eszközök.

Heti bontásban:

1. hét: Az elektronikus eszközök osztályozása, rendszerbe foglalása: passzív és aktív eszközök, diszkrét eszközök és integrált áramkörök, funkcionális eszközök, vákuum eszközök. Elektronikatörténet.

2. hét: Elektron transzport fémekben, félvezetőkben, szigetelőkben és vákuumban (ohmos ellenállás, alagúthatás, töltéshordozók szóródása, sodródási és diffúziós áramok a kvázi-Fermi szintek bevezetésével, Haynes-Shockley kísérlet).

3. hét: Méretfüggő jelenségek, a határfelületek hatása. Potenciálok eloszlása (mikroszkópikus és makroszkópikus léptékben).

4. hét: Ellenállás, kondenzátor, induktivitás: modelljeik, fizikai megvalósítási lehetőségeik diszkrét és integrált áramköri kivitelben.

5. hét: Fizikai jelenségek félvezetőkben: a sztatikus tér hatása a felületi tartományokra. Határfelületek tulajdonságai (fém-fém, fém-szigetelő, fém-félvezető, fém-szigetelő-félvezető átmenetek, félvezető homo-, és heteroátmenetek), energia-sávmodellek, és a modellekből levonható következtetések.

6. hét: Zárthelyi, értékelés, az eddigiek ismétlő összefoglalása.

7. hét: Az átmenetek működése, a nem-ideális pn átmenet karakterisztikája. Fő és mellékjelenségek: töltéshordozók injektálása és elszívása, kvázi-Fermi szintek, generációs és rekombinációs áramok, ambipoláris diffúzió, a soros ellenállások hatása. A valóságos átmenetek karakterisztikái az előbbiek figyelembevételével.

8. hét: A pn átmenet alkalmazásai: egyenirányító diódák, Zener és alagútdiódák, változtatható kapacitású diódák, fotodiódák, napelemek, világító diódák, lézer diódák működése és gyakorlati kivitelezése.

9. hét: A pn átmenet, mint erősítő. Két pn átmenet egymásra hatása (tranzisztorhatás), pnp és npn tranzisztorok megvalósítási lehetőségei. Több pn átmenetet tartalmazó bipoláris eszközök (tirisztorok).

10. hét:  Bipoláris és térvezérelt tranzisztorok összehasonlítása, a karakterisztika-egyenletek párhuzamos levezetése.

11. hét: Funkcionális eszközök: töltéscsatolt eszközök, kombinált MOS és bipoláris tranzisztorok (kompozit, Darlington, IGBJT).

12. hét: A CMOS és BiCMOS. Az integráció és méretcsökkentés korlátai.

13. hét: Teljesítmény eszközök, termikus hatások. Érzékelők, kitekintés a fejlődési tendenciák és egyéb elektronikus eszközök irányába.

14. hét: Zárthelyi, értékelés, az eddigiek ismétlő összefoglalása.

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

Előadás, gyakorlati ismereteket is nyújtó példákkal.

10. Követelmények

a.       A szorgalmi időszakban:

         

Az aláírás feltétele az előadások 70%-n való részvétel (ellenőrzése névsorolvasással).

A tárgyból 2 db nagy zh-t iratunk, ezek egyike pótolható.

A tárgy félévközi jeggyel zárul, mely a nagyzárthelyik átlagán alapul és minimálisan 2 (elégséges) értékű legyen (a kerekítések tekintetében az órákon mutatott aktivitás figyelembe vételével).

11. Pótlási lehetőségek

A sikertelen zh pótlására a szorgalmi időszakban 1 db pótzh-t iratunk, a pótlási időszakban 1 db pót-pót zh iratható.  

12. Konzultációs lehetőségek

Az előadóval történő személyes megbeszélés alapján.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

Dr. Székely Vladimír: Elektronika I. Félvezető eszközök.  Műegyetemi Kiadó 2001

Dr. Mojzes Imre (szerk.): Mikroelektronika és elektronikai technológia. Műszaki Könyvkiadó, Bp. 2005.

http://ecee.colorado.edu/~bart/book/

http://jas.eng.buffalo.edu/

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra28
Félévközi készülés órákra12
Felkészülés zárthelyire20
Házi feladat elkészítése 
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása 
Vizsgafelkészülés 
Összesen60
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
Név:

 

Beosztás:

 

Tanszék, Int.:

 

Dr. Mizsei János

 

Egyetemi tanár

 

Elektronikus Eszközök Tsz