ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΙ ΟΠΤΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ

Θεωρία

 

Περιγραφή – Σκοπός Μαθήματος

Μορφή μαθήματος: Θεωρία με διαλέξεις 4 ωρών/εβδομάδα
(Τρίτη 11-13 Αίθουσα ΖΒ001, Παρασκευή 11-13 ΖΒ001)

Εργαστήριο 4 ωρών/εβδομάδα

Περιγραφή και Σκοπός του Μαθήματος

Με το μάθημα αυτό θα είστε σε θέση να:

·         Κατανοήσετε τις βασικές αρχές των ημιαγώγιμων στοιχείων, τις έννοιες της ηλεκτρονικής φυσικής σχετικά με την επαφή p-n, την ανάλυση των διόδων και φωτοεκπεμπουσών διόδων (LED), των διπολικών τρανζίστορ (BJT) καθώς και των τρανζίστορ επίδρασης πεδίου (FET).

·         Να σχεδιάζετε και να αναλύετε κυκλώματα πόλωσης των διόδων και των LED καθώς και των φωτοδιόδων.

·         Να σχεδιάζετε και να αναλύετε κυκλώματα πόλωσης των διόδων zener και απλών εφαρμογών τους.

·         Να σχεδιάζετε και να αναλύετε κυκλώματα πόλωσης των διπολικών τρανζίστορ (BJT).

·         Να σχεδιάζετε και να αναλύετε κυκλώματα πόλωσης των τρανζίστορ επίδρασης πεδίου (FET).

·         Να χρησιμοποιείτε μοντέλα των ηλεκτρονικών διατάξεων των διόδων και των τρανζίστορς

Βιβλίο: Βασική Ηλεκτρονική (εισαγωγή στα τρανζίστορ και ολοκληρωμένα κυκλώματα) A. P. Malvino,τέταρτη έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα (1999),ISBN 960-7219-12-1

Τελική Εξέταση
Με ανοικτές σημειώσεις-Βιβλία

Βοηθητικό υλικό για την υποστήριξη του μαθήματος:
Η
URL διεύθυνση της ιστοσελίδας του μαθήματος, http://www.electronics.teipir.gr/personalpages/papageorgas/download/3/

Βιβλιογραφία

·         Βασική Ηλεκτρονική A.P. Malvino, Εκδόσεις Τζιόλα

·         Χαριτάντης Γ. Ηλεκτρονικά Ι. Εισαγωγή στα Ηλεκτρονικά. Εκδόσεις, Αράκυνθος 2006

·         Forrest Mims, Getting Started in Electronics, 1983

 

Ανάλυση Ύλης

 Το Μάθημα πραγματοποιείται στο πρώτο εξάμηνο σπουδών του Τμήματος Ηλεκτρονικής.

 

Πραγματοποιούνται δύο 2ωρες διαλέξεις κάθε Τρίτη 9-11 & Παρασκευή 9-11, οι οποίες καλύπτουν την ύλης για τέσσερεις εβδομαδιαίες ώρες x 13 εβδομάδες διδασκαλίας.

Η ύλη χωρίζεται σε πέντε (5) ενότητες ως ακολούθως:

 

Ενότητα 1η «Εισαγωγή, Η έννοια της μοντελοποίησης (modeling) στην επιστήμη»

Στην 1η ενότητα πραγματοποιείται Εισαγωγική περιγραφή των στόχων του μαθήματος, παρουσίαση της έννοιας του ισοδύναμου μοντέλου (modeling) γενικά στην επιστήμη και ειδικότερα στην ηλεκτρονική. Σκοπός της εισαγωγής είναι η προδιάθεση του σπουδαστή για τις έννοιες που θα αναπτυχθούν αργότερα, την χρησιμότητα της γνώσης των φυσικών παραμέτρων και της πραγματικής λειτουργίας ενός ηλεκτρονικού στοιχείου και γενικότερα τον σκοπό του μαθήματος.

 

Η 1η ενότητα πραγματοποιείται σε δύο 2ωρες διαλέξεις (1 εβδομάδα).

Διάλεξη 1α: Εισαγωγή στόχοι τους μαθήματος, δομή και οργάνωση του, απαιτήσεις και υποχρεώσεις των σπουδαστών. Παρουσίαση παθητικών και ενεργητικών στοιχείων στην ηλεκτρονική, τρόπος περιγραφής των ενεργητικών στοιχείων εισαγωγή στην έννοια του ισοδύναμου μοντέλου.

Διάλεξη 1β: Παραδείγματα ισοδύναμων μοντέλων γενικά στην επιστήμη και ειδικά στην ηλεκτρονική. Πώς περνάμε από την φυσική λειτουργία και τα χαρακτηρίστηκα ενός ηλεκτρονικού στοιχείου στο μοντέλο που το περιγράφει. Χρήση Η/Υ στον σχεδιασμό ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, προσομοίωση. Παραδείγματα με την χρήση του προγράμματος multisim (education edition)

 

Ενότητα 2η «Φυσική Ημιαγωγών»

Στην 2η ενότητα πραγματοποιείται Συνοπτική παρουσίαση της φυσικής στερεάς κατάστασης και της φυσικής των ημιαγωγών (σε φαινομενολογικό επίπεδο, χωρίς να υπεισερχόμαστε σε βάθος στις έννοιες της κβαντικής φυσικής και της φυσικής στερεάς κατάστασης), ώστε να καταστεί εφικτή η ανάλυση των ηλεκτρονικών στοιχείων.

 

Η 2η ενότητα πραγματοποιείται σε 6 2ωρες διαλέξεις (3 εβδομάδες).

Διάλεξη 2α: Αγωγοί, ημιαγωγοί,  μονωτές και η αγωγιμότητα που παρουσιάζουν. Ατομική δομή στοιχείων, στιβάδα σθένους.

Διάλεξη 2β: Ενεργειακές στάθμες στοιχείων. Εκπομπή – απορρόφηση φωτονίων, το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Συνοπτική παρουσίαση του φάσματος εκπομπής διαφόρων πηγών.

Διάλεξη 3α: Κρύσταλλος ημιαγωγού. Πέρασμα από τις ενεργειακές στάθμες στις ενεργειακές ζώνες. Εξήγηση της αγωγιμότητας μέσω ενεργειακών ζωνών.

Διάλεξη 3β: Ενδογενής ημιαγωγός, η έννοια τους ζεύγους ηλεκτρονίου – οπής. Εξωγενής ημιαγωγός, η έννοια της νόθευσης. Υπολογισμών πυκνότητας ηλεκτρονίων – οπών.

Διάλεξη 4α: Αγωγιμότητα αγωγού και ημιαγωγού. Η έννοια της ευκινησίας (mobility) των ηλεκτρονίων – οπών. Υπολογισμός αγωγιμότητας.

Διάλεξη 4β: Επανάληψη των εννοιών που αναπτύχθηκαν στην 2η ενότητα. Ασκήσεις υπολογισμού αγωγιμότητας και αντίστασης ημιαγωγού.

 

 

Ενότητα 3η «Δίοδος Επαφής»

Στην 3η ενότητα πραγματοποιείται ανάλυση του τρόπου λειτουργίας των διόδων επαφής, παρουσίαση βασικών μοντέλων περιγραφής σε ηλεκτρονικό κύκλωμα με σκοπό την επίλυση βασικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων με διόδους.

Περιγραφή του τρόπου λειτουργία βασικών οπτικοηλεκτρονικών διατάξεων, όπως φωτοεκπέμπουσα δίοδος, φωτοδίοδος, φωτοβολταϊκά στοιχεία.

 

Η 3η ενότητα πραγματοποιείται σε 6 2ωρες διαλέξεις (3 εβδομάδες).

Διάλεξη 5α: Επαφή PN, ρεύματα διαχύσεως, δημιουργία της περιοχής απογύμνωσης.

Διάλεξη 5β: Το δυναμικό φραγής επαφής PN, ορθή και ανάστροφα πολωμένη δίοδος.

Διάλεξη 6α: Αναλυτική περιγραφή της επαφής PN – διόδου. Υπολογισμός του δυναμικού φραγής, ρεύματα διόδου σε ορθής και ανάστροφη πόλωση.

Διάλεξη 6β: Κατάρρευση επαφής PN, η δίοδος zener. Χωρητικότητα επαφής PN, η δίοδος varactor. Τρόπος λειτουργίας διόδων LEDs, φωτοανιχνευτών. Τρόπος λειτουργίας φωτοβολταϊκών στοιχείων.

Διάλεξη 7α: Η δίοδος σε κύκλωμα. Υπολογισμός σημείου λειτουργίας με γραφική μέθοδος. Ισοδύναμα μοντέλα περιγραφής διόδων στο DC. Επίλυση κυκλωμάτων.

Διάλεξη 7β: Επανάληψη των εννοιών που αναπτύχθηκαν στην 3η ενότητα. Ασκήσεις επίλυσης κυκλωμάτων με διόδους.

 

 

Ενότητα 4η «Διπολικό τρανζίστορ»

Στην 4η ενότητα πραγματοποιείται Ανάλυση του τρόπου λειτουργίας του διπολικού τρανζίστορ επαφής, παρουσίαση βασικών μοντέλων περιγραφής του σε ηλεκτρονικό κύκλωμα με σκοπό την επίλυση βασικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων πόλωσης τρανζίστορ (DC analysis).

 

Η 4η ενότητα πραγματοποιείται σε 6 2ωρες διαλέξεις (3 εβδομάδες).

Διάλεξη 8α: Δομή και συμβολισμός BJT, φυσική λειτουργία, ρεύματα που το διαρρέουν.

Διάλεξη 8β: Ρεύματα που διαρρέουν το διπολικό τρανζίστορ, η έννοιες των παραμέτρων a & β, μοντέλο μεγάλων ρευμάτων Ebers-Moll.

Διάλεξη 9α: Προσεγγιστική λειτουργία του διπολικού τρανζίστορ, συνδεσμολογίες διπολικού τρανζίστορ,.

Διάλεξη 9β: Ανάλυση συνδεσμολογίας κοινού εκπομπού, χαρακτηριστικές εισόδου – εξόδου, επίλυση κυκλωμάτων.

Διάλεξη 10α: Η πόλωση του διπολικού τρανζίστορ. Ανάλυση κυκλωμάτων πόλωσης στην συνδεσμολογία κοινού εκπομπού (ανάλυση DC).

Διάλεξη 10β: Επανάληψη των εννοιών που αναπτύχθηκαν στην 4η ενότητα. Ασκήσεις επίλυσης κυκλωμάτων πόλωση τρανζίστορ.

 

 

Ενότητα 5η «Τρανζίστορ επίδρασης πεδίου»

Στην 1η ενότητα πραγματοποιείται Ανάλυση του τρόπου λειτουργίας των τρανζίστορ επίδρασης πεδίου JFET & MOSFET, παρουσίαση βασικών μοντέλων περιγραφής τους σε ηλεκτρονικό κύκλωμα με σκοπό την επίλυση βασικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων πόλωσης τρανζίστορ (DC analysis).

 

Η 5η ενότητα πραγματοποιείται σε 6 2ωρες διαλέξεις (3 εβδομάδες).

Διάλεξη 11α: Φυσική λειτουργία MOS-FET, η τάση κατωφλίου και το σημείο στραγγαλισμού. Φυσικά χαρακτηρίστηκα MOS-FET

Διάλεξη 11β: Συμβολισμός MOS-FET πύκνωσης, περιοχές λειτουργίας του, χαρακτηρίστηκες εισόδου – εξόδου, σύγκριση του με το διπολικός τρανζίστορ.

Διάλεξη 12α: Συμβολισμός MOS-FET αραίωσης, τρόπος λειτουργίας του, περιοχές λειτουργίας του, χαρακτηρίστηκες εισόδου – εξόδου. Συμβολισμός JFET, τρόπος λειτουργίας του, περιοχές λειτουργίας του, χαρακτηρίστηκες εισόδου – εξόδου.

Διάλεξη 12β: Ρεύμα του MOS-FET στο κόρο, ισοδύναμο μοντέλο, ανάλυση κυκλωμάτων πόλωσης και υπολογισμού σημείου λειτουργίας του..

 

Επανάληψη ύλης: Την τελευταία εβδομάδα, δηλαδή στην Διάλεξη 13α και 13β, πραγματοποιείται επανάληψη των εννοιών που αναπτύχθηκαν στο μάθημα καθώς και επίλυση ασκήσεων.

 

 

Στατιστικά Στοιχεία

 

Παρακάτω παρουσιάζονται τα στατιστικά στοιχεία της επιτυχίας των σπουδαστών στο μάθημα κατά την Ακαδημαϊκή περίοδο 2011 – 2012.

Εξεταστική περίοδος Ιανουαρίου.

 

Εξεταστική περίοδος Σεπτεμβρίου.

 

Σύνολο ακαδημαϊκής χρονιάς.

 

Συνολικά ήταν εγγεγραμμένοι στην γραμματεία 512 σπουδαστές.

Στην εξεταστική του Ιανουαρίου κατέβηκαν στην εξετάσεις 202 σπουδαστές, από τους οποίους έγραψαν επιτυχώς 78 σπουδαστές, ποσοστό επιτυχίας 38.6%.

Στην εξεταστική του Σεπτεμβρίου κατέβηκαν στις εξετάσεις 82 σπουδαστές, από τους οποίους έγραψαν επιτυχώς 22 σπουδαστές, ποσοστό επιτυχίας 26.8%.

Συνολικά το ακαδημαϊκό έτος 2011 – 2012 κατέβηκαν στις εξετάσεις 284 σπουδαστές, από τους οποίους έγραψαν επιτυχώς 100 σπουδαστές, συνολικό ποσοστό επιτυχίας 35.2%.

 

 

 

Ύλη Μαθήματος "Ηλεκτρονική Φυσική & Οπτοηλεκτρονική"

Slides

Θέματα Εξετάσεων

JSN Epic template designed by JoomlaShine.com