Přehled látky ke zkoušce

kou při dostatečně velkém proudu IB. Minimální hodnotu tohoto proudu lze odhadnout z průběhů charakteristik. Při dalším zvyšování proudu báze IB se prakticky proud tranzistorem ani napětí na něm nemění. Tranzistor je v saturaci.)
28) V zapojení MOSFET s indukovaným kanálem je zadáno např.: Un=24 V, RG1=20 k(, RG2=30 k(, RD=1 k(, UP=5 V, proudový faktor k=0,1 mA/V2. Určete UGS, ID, UDS.
(Řešení vychází z Ohmova zákona. Pro proud tranzistoru ID platí vztah , který vyjadřuje kvadratickou závislost proudu ID a napětí na hradle UGS)
29) Pro MOSFET s indukovaným kanálem je zadáno např.: Un=10 V, RG1=RG2=10 M(, RD=RS=6 k(, ID=0,5 mA, UP=1 V. Určete UGS a UDS a rozhodněte, zda tranzistor pracuje v nasycení.
(Řešení vychází z Ohmova zákona a znalosti, že musí platit UDS(UGS-UP)
30) Nakreslete ampérvoltovou charakteristiku fotodiody potmě a při určité hodnotě osvětlení ( [W] a dvojnásobném 2( [W]. Jaký parametr musí splňovat optické záření, aby fotodioda reagovala? (Proud ideální polovodičové diody lze vyjádřit vztahem I=I0(expU/UT-1), kde I0 je saturační proud, tvořený minoritními nosiči. Při zapojení ve zpětném směru je pro napětí několikanásobně větší než UT(26 mV pro T=300 K  zanedbatelně malý a prakticky konstantní, nezávislý na napětí. Vlivem osvětlení dochází ke generaci minoritních nosičů a proud se zvětší. AV charakteristika se o určitou hodnotu proudu, generovaného optickým zářením posune. Dvojnásobné zvětšení dopadajícího optického záření znamená dvojnásobný posun. Frekvence optického záření ( musí splňovat podmínku, kdy energie fotonů musí být větší než šířka zakázaného pásu, tj. h((Wg, kde je h – Planckova konstanta a Wg – šířka zakázaného pásu.)
31) Nakreslete energetické pásové schéma přechodu PN při připojení napětí v přímém směru. Znázorněte na něm princip generace optického záření. Na čem závisí vlnová délka („barva“) vyzařovaného světla.
(Při zapojení v přímém (propustném) směru se sníží energetická bariéra na přechodu PN a přechodem prochází elektrony na úrovních vodivostního a díry na úrovních valenčního pásu. V oblasti přechodu PN může dojít k rekombinaci párů elektron-díra a uvolňování energetických kvant – fotonů. Vlnová délka vyzařovaného světla závisí na šířce zakázaného pásu.)
32) Uveďte tři základní odlišnosti luminiscenční a laserové diody: v podstatě emise, uspořádání sytému a spektrální charakteristice.
(U luminiscenční diody dochází ke spontánní emisi, u laserové diody k emisi stimulované. Stimulovaná emise vzniká při dosažení určité hustoty procházejícího proudu, díky optické zpětné vazbě v optickém rezonátoru, tvořeném zrcadlovými plochami. Spektrální charakteristika laserové diody je díky stimulované emisi podstatně užší než u luminiscenční diody.)
33) Luminiscenční diody jsou vyrobeny z polovodičů GaAs a GaP.Šířky zakázaného pásu jsou: 1,42 eV u polovodiče GaAs a 2,26 eV u polovodiče GaP. a)Porovnejte vlnové délky vyzařování obou diod, které označte ((GaAs) a ((GaP). Použijte symboly ( nebo (b) Uveďte vztah mezi vlnovou délkou a kmitočtem.
(Vyzařování vzniká při zářivé rekombinaci, tj. přechodu elektronů z vodivostního pásu do děr (prázdných míst) ve valenčním pásu. Kmitočet optického záření je nejméně roven šířce zakázaného pásu (h((Wg, kde Wg je šířka zakázaného pásu). Vlnová délka je podle známého vztahu nepřímo úměrná kmitočtu. Čím větší vlnová délka, tím blíže má optické záření k infračervené části spektra.)
34) Nakreslete uspořádání optického vláknového vlnovodu a vysvětlete podstatu šíření optického záření u mnohovidového vlnovodu. Uveďte hlavní parametry, které omezují šíření optického signálu např. ve tvaru optických impulzů. Jak změní parametry šíření optického signálu u jednovidového vlnovodu, které se zlepší.
(Podstatou optického vláknového vlnovodu je šíření optického záření v jádře s vyšším indexem lomu, obklopeném pláštěm s menším indexem lomu. U mnohovidového vlnovodu lze šíření popsat úplným odrazem paprsků na rozhraní jádro-plášť. Hlavní parametry jsou: a) numerická apertura, která vymezuje maximální úhel, pod kterým může vstupovat optické záření tak, aby se šířilo vláknem, b) útlum, udávaný v dB na km délky (dB/km), c) disperze, charakterizující rozmazání vstupního signálu při šíření vlivem rozdílné rychlosti šíření jednotlivých vidů-paprsků. Útlum a disperze omezují maximální délku optického vlákna na níž lze detekovat signál pro určitý navázaný vstupní výkon a počet přenášených impulzů za sekundu, tzv. bitovou rychlost. U jednovidových vláken vzhledem k šíření jednoho vidu je odstraněna vidová disperze. Při větších rychlostech přenosu se začíná uplatňovat tzv. chromatická disperze. Jednovidová vlákna mají malý průměr jádra (kolem 5(m) a proto je ztížené zavedení optického výkonu do vlákna (menší numerická apertura))
35) Jak ovlivňuje dielektrikum kapacitu kondenzátoru? Jaký vliv má dielektrikum na vlastnosti kondenzátoru v oboru vysokých kmitočtů?
(Vlivem polarizace dielektrika dochází při připojení napětí U na kondenzátor k částečné kompenzaci náboje na elektrodách kondenzátoru a to umožňuje zvětšení náboje na elektrodách. Tento vliv charakterizuje permitivita (=(0 (r. Pro kapacitu C platí vztah C=Q/U. Jestliže pro vakuový kondenzátor by byl náboj na kondenzátoru Q, při vložení dielektrika s relativní permitivitou (r se zvětší přibližně (r krát a kapacita také vzroste přibližně (r krát. Podstatou polarizace je natáčení molekul, které tvoří elektrické dipóly a deformace drah elektronů v atomech vlivem elektrického pole. Tyto přesuny hmotných částic způsobují ve střídavém elektrickém poli vznik ztrát. Prakticky platí, že čím větší je permitivita, tj. schopnost polarizace, tím i větší jsou ztráty polarizací. To omezuje použití kondenzátorů s daným dielektrikem v obvodech vyšších kmitočtů.)
36) Posuďte vhodnost keramických kondenzátorů z hlediska použití v oboru nízkých a vysokých kmitočtů.
(Jednotlivé druhy keramických kondenzátorů pokrývají kmitočtový obor od nejnižších po nejvyšší kmitočty. Pro volbu jsou významné ztráty, charakterizované ztrátovým činitelem a měrná kapacita, tj. kapacita na jednotky objemu. Některé mají vynikající vysokofrekvenční vlastnosti (malé ztráty), ale relativně malou měrnou kapacitu. Jiné mají velmi velkou měrnou kapacitu, tj. velkou kapacitu při malých rozměrech, jejich použití se ale omezuje jen na nízké kmitočty. U těchto kondenzátorů s velkou měrnou kapacitou se projevují další horší vlastnosti spočívají ve velké teplotní, případně napěťové závislosti. Z uvedeného vyplývá potřeba zvažovat použití jednotlivých druhů.)
37) Znázorněte graficky tendenci teplotní závislosti elektrického odporu rezistoru a) lineárního s odporovou vrstvou uhlíkovou a kovovou b) termistoru s teplotním součinitelem záporným (negistoru)a kladným (pozistoru).
(U lineárního rezistoru je závislost odporu na teplotě malá, u uhlíkového odpor s teplotou mírně klesá, u kovového, označovaného ML (Metal Layer) mírně roste. U termistoru je teplotní závislost výrazná, pokles nebo růst udává znaménko teplotního součinitele.)
38) Co tvoří dielektrikum u elektrolytického hliníkového kondenzátoru? a) Jaké jsou přednosti a nedostatky vzhledem k ostatním kondenzátorům? b) Jaké podmínky je třeba splnit při jeho zapojení do obvodu?
(Dielektrikum tvoří kysličník. Díky jeho vysoké elektrické pevnosti postačí tenká vrstva a to umožňuje dosahovat velké měrné kapacity elektrolytických kondenzátorů. Nedostatkem je možnost použití jen v oboru nízkých kmitočtů. Udržování kysličníkové vrstvy vyžaduje připojení kondenzátoru vedle střídavého i na stejnosměrné napětí.)
39) Na čem závisí hodnota indukčnosti a činitele jakosti cívky? Jaké jsou požadavky na magnetický materiál magnetického obvodu a jaké materiály se používají pro vysokofrekvenční cívky?
(Indukčnost cívky závisí na počtu závitů cívky a vlastnostech magnetického obvodu – jádra cívky. Vlastnosti magnetického obvodu určuje relativní permeabilita magnetického materiálu a uspořádání jádra, určující rozptyl magnetického pole – uzavřený magnetický obvod, vzduchová mezera, magnetický tok se uzavírá výrazně vzduchem. Činitel jakosti určují ohmické ztráty ve vodičích a ztráty v magnetickém materiálu. Ztráty v magnetickém materiálu způsobuje hystereze při přemagnetování ve střídavém poli a vířivé proudy, vznikající ve střídavém magnetickém poli. Z tohoto důvodu se používají magnetické materiály s úzkou hysterezní křivkou, tzv. měkké a s dostatečně velkým ohmickým odporem. Tomu vyhovují ferimagnetické materiály, označované jako ferity.)
U0=15 V
Rs=?
RL=200 (
UZ=10 V
Un
RB
RC
Un
RB
RC
RE
CE
Un
RB
RC
U0
RB
RC
IC
IB
UCE
UCE [V]
IB=20(A
IB=60(A
IC [mA]
IB=80(A
IB=0(A
5
10
IB=100(A
5
10
IB=40(A
IB=120(A
Un
RG1
RG2
RD
D
S
G
ID
Un
RG1
RG2
RD
RS
D
S
G
ID
Iz