tahák

átu. V tomto okamžiku vzniká inverzní vrstva = kanál = vodivé propojení oblastí S a D.
b) V obvodu hradla musí být dělič, kterým se nastaví UGS > UP.
4. Vysvětlete pojem "tranzistor s trvalým kanálem". Nakreslete zapojení pro nastavení pracovního bodu zesilovače s tímto tranzistorem (tř. A).
V izolaci hradla se mohou vyskytnout poruchy, které zachycují elektrony – v materiálu hradla je zabudovaný náboj. Pokud je náboj zabudovaný v izolaci hradla takový, že jsou pro zajištění nábojové rovnováhy k izolaci hradla přitaženy i minoritní nosiče existuje v tranzistoru vodivý kanál i bez napětí přiloženého na elektrodu G. Napětím UGS můžeme potom vodivost kanálu zvětšovat i zmenšovat. Trvalý kanál může vzniknout a) záměrně pro určitý typ tranzistoru b) při chybě ve výrobním procesu c) při programování pamětí typu EPROM, EEPROM atd. Typické zapojení zesilovače viz schéma pro příklad 2.
8. Tranzistor řízený elektrickým polem:

1. Tranzistor v obvodu podle schématu má typické hodnoty IDSS = 12mA , UP = - 4V. Napájecí napětí je UDD = Un = 30 V, velikost RG = 2 M . Předpokládejte, že na použitých frekvencích není třeba uvažovat vliv impedance kondenzátorů v obvodu a že se neuplatní parazitní kapacity tranzistoru. a) Dokončete návrh obvodu tak, aby tranzistorem protékal proud ID= IDSS / 2 a napěťové zesílení daného zapojení bylo alespoň Au  8. b) Jakou maximální hodnotu odporu v kolektoru RD můžeme použít, aby tranzistor ještě pracoval v saturaci? Jaké bude v tomto případě napěťové zesílení obvodu?
Odporem RG  je zajištěno, že UG = 0. Na odporu RS vzniká úbytek napětí URS = RS .ID = - UGS .  a)UGS určíme z rovnice ID= IDSS (1- UGS /Up)2 , nebo graficky pomocí převodní charakteristiky tranzistoru.
pro ID= IDSS / 2 = 6 mA bude UGS =1,17 V  a R3= 195 .
Napěťové zesílení AU = - gm . RD , gm = (2IDSS /UP) . (1- UGS /Up) = 4,25 mS. Pro požadované zesílení Au  8. je RD  1,9 k.
b)Pro saturační režim musí být splněno UDS = UDSSAT UGS –UP = 2,83 V. Maximální hodnota RD je proto RDMAX = (UDD -UDSSAT -IDR3 ) / ID = 4,33 k . Potom AU = - gm . RDMAX = - 18,4
2. Vysvětlete mechanismus průrazu kanálu ( tj. mezi elektrodami D a S ) u tranzistoru FET. O jaký typ průrazu se jedná?. Jaká je jeho teplotní závislost?
V oblasti saturace (zaškrcený kanál) jsou nosiče v oblasti zaškrcené části kanálu odsávány pomocí elektrického pole na zaškrcené části kanálu (driftový mechanismus). Při zvýšení napětí se zvětší intenzita elektrického pole a zaškrcená část kanálu se prodlouží. Tím mohou být splněny podmínky pro vznik lavinového průrazu (kladný teplotní součinitel UDSBR ).
3. Nakreslete soustavu převodních a výstupních charakteristik tranzistoru JFET, vyznačte měřítka a hodnoty příslušného parametru. V obou soustavách vyznačte oblasti jednotlivých režimů.
A+ A- Aktivní režim pro malé UDS chová se jako řízený odpor.
B – saturační režim oblast proudového zdroje.
C – triodový režim režim otvírajícího se spínače.
4.Nakreslete soustavu převodních a výstupních charakteristik tranzistoru IGFET s indukovaným kanálem vyznačte měřítka a hodnoty příslušného parametru. V obou soustavách vyznačte oblasti jednotlivých režimů.
Viz 3
5. Nakreslete soustavu převodních a výstupních charakteristik tranzistoru IGFET s trvalým kanálem vyznačte měřítka a hodnoty příslušného parametru. V obou soustavách vyznačte oblasti jednotlivých režimů.
Viz 3
6. a) Načrtněte strukturu tranzistoru IGBT. b) Stručně vysvětlete jeho činnost. c) Ve kterých vlastnostech se odlišuje od tranzistorů IGFET a od bipolárních tranzistorů?
a) Viz skripta str. 170. b) Je to obdoba struktury VDMOS tranzistoru IGFET, jehož kolektor je oddělený vrstvou P+. Tak vzniká bipolární tranzistor PNP řízený do báze(= kolektor IGFET) původním tranzistorem IGFET. c) od IGFET: Napětí UDSON je dané vlastnostmi BT. Proud do báze se odebírá ze spínaného napětí, k úbytku na přechodu BE tranzistoru PNP se ještě přičte úbytek na řídícím tranzistoru IGFET. Napětí UDSON bude tedy poměrně velké i pro malé spínané proudy. Pro standardní tranzistory IGBT je UDSON menší než 2 V a na rozdíl od IGFET roste pouze nepatrně v oblastech velkých proudů (vliv BT). Menší rychlost rozepnutí daná vypínáním struktury BT - lze zrychlit pomocí rekombinačních příměsí ovšem za cenu zvýšení napětí UDSON. od BT: Není zapotřebí trvalý proud báze (při srovnatelných proudech IC je potřebné IB 1 A). Je naopak zapotřebí proudový impuls (IGS >> 100 mA) k nabití i vybití (!) kapacity CGS , popř. CDG Dosahuje se větších závěrných napětí a menší tepelné závislosti parametrů.
9.  Tranzistorové spínače
1. Tranzistorový spínač v zapojení SE má řídící signál uB=+5V (sepnuto) a uB=0V (rozepnuto). Báze je připojena přes rezistor RB=5600  , odpor zátěže (RZ) je 400. Napětí na zátěži v případě sepnutí tranzistoru má být U Z = 15 V.
a) Nakreslete schéma zapojení.
b) Zvolte potřebné napájecí napětí UN a určete požadované parametry spínacího tranzistoru : ICmax , UCEBr , h21Emin , PCmin .
c) Stanovte proudy a napětí v obvodu ve stavu zapnuto a vypnuto. Pro výpočet předpokládejte: UBE 0,6V, UCES 1V.a.      Viz. schéma v příkladu 2.
a.      Viz. schéma v příkladu 2.
b.      UN = UZ = 15 V , UCEBr  15 V, ICmax  IC = (UN - UCES )/R Z , IB = (uB - UBE) / RB , h21Emin   = I C /IB , PCmin = UCES . IC
c.       ZAPNUTO : IC = ( UN - UCES )/RZ , IB = (u B - UBE) /RB , UCE= U CES , UBE  0,6V.
VYPNUTO : UBE  0 , IB  0, IC = ICB0 , UCE = UN .
2. Nakreslete a) průběhy uBE a i B , b) průběhy i C a uCE jestliže je na vstup spínače podle schématu připojen obdélníkový signál (f= 500 Hz) s amplitudou uVST= +/- 1V nebo uVST = +/- 5V. Pro oba případy do grafů vyznačte, ve kterém režimu tranzistor pracuje. UN = 10V, RB = 1k ( , R2 = 100 V uvažované pracovní oblasti je proudový zesilovací činitel tranzistoru h 21E = 100.
a) uVST kladné: uBE = UBE  0,6V, iB = (uB - UBE) /RB ; u VST záporné: uBE = uVST , IB  0
b) iB = (uB - UBE) /RB, potom iC =  . iB a uCE = UN - i C RZ - pro uVST = +1 V (aktivní režim) , nebo i C = ( UN - UCES )/RZ a u CE = UCES pro uVST = +5 V ( saturace)
3. Tranzistor KFY34 / NPN, h21E = 35 až 125, UCB0 = 70V UCER = 50V, ICmax = 500 mA, UCES  1,5V PC = 800mW (bez přídavného chlazení)/ má spínat zátěž s jmenovitým napájecím napětím 24V a odporem vinutí RS = 60  :
a) navrhněte schéma zapojení spínače. b) určete velikost IB pro sepnutí zátěže.
c) určete velikost proudů a napětí v obvodu I B = f(t), IC= f(t), UBE = f(t) a U CE = f(t) při sepnutí a rozepnutí spínače a nakreslete je do grafu.
d) rozhodněte, zda je nutné použít přídavné chlazení tranzistoru.
a) Viz ot 2.
b) URZ = 24V IC = URZ/RS = 24/60=0,4A
IB = Ic/h21Emin= 11,4mA I’B > 2h21Emin*IB=2*35*11.4=0.8A
4. Dva tranzistory se stejnými geometrickými rozměry jsou určeny pro různou oblast použití. T1 je běžný křemíkový tranzistor, T2 je velmi rychlý spínací tranzistor. Který z tranzistorů bude mít obvykle větší proudový zesilovací činitel. Zdůvodněte.
U spínacích tranzistorů se zrychlení rozepnutí dosahuje pomocí rekombinace nadbytečných nosičů – především v  oblasti báze (příměsi, které se projevují jako rekombinační centra). Nosiče, které rekombinují v bázi, nemohou být odsáty kolektorovým přechodem - IC bude u spínacích tranzistorů při stejné velikosti I E popř. IB menší. Proudový zesilovací činitel bude tedy větší u běžného tranzistoru.
5. Je průrazné napětí bipolárního tranzistoru v závěrném režimu v zapojení SE závislé na obvodovém zapojení tranzistoru? Jestliže ano uveďte jak a zdůvodněte.
Ano. Zbytkový prou d přechodu CB (ICB0) může protékat bází do emitoru- zvětší se potenciál přechodu BE, zvětší se proud přechodu BE (emise) a následně se zvětší proud kolektoru. Při větším proudu kolektoru se zvýší pravděpodobnost lavinového průrazu přechodu CB. Pro dosažení velkého závěrného napětí je tedy třeba potlačit vliv zbytkového proudu přechodu CB: a) pomocí odporu R < 100Ω mezi B a E. b) zkratováním přechodu BE - např. vinutím budícícho transformátoru. c) přivedením záporného (NPN tranzistor) napětí na bázi.
10. Tyristor, triak, diak
1. Nakreslete strukturu tyristoru a její náhradní schéma.
2) Jakými způsoby je možné převést tyristor z blokujícího do sepnutého stavu? Vysvětlete na náhradním schématu tyristoru.
Přivedením napětí UB0 => kritická konstanta, dojde k ionizaci krystalové mřížky => sepnutý stav. Přivedením malého proudu na G, pak stačí k udržení i malý anodový proud (přídržný).
3) Jakým způsobem je možné dosáhnout vypnutí tyristoru?
Přerušením anodového proudu(přidržného), nebo zmenšením pod IH nebo přivedením záporného impulsu na hradlo G.
4) Nakreslete spínací charakteristiku tyristoru pro dvě různé teploty - T2  T1 .
5) Jak lze u tyristoru potlačit náchylnost k nežádoucímu sepnutí?
Přechod EB NPN se zkratuje kontaktem katody. Zbytkové proudy a proud kondenzátoru CBC se odvedou do elektrody K – výrazně se zvýší odolnost proti nežádoucímu sepnutí.
6) Vysvětlete princip regulace výkonu pomocí tyristoru a nakreslete principiální schéma zapojení.
1. Řízením proudovými impulsy IG posunutými oproti průchodu napájecího napětí U. Umožňuje reg. V rozsahu 0-180°.
2. V záporné půlvlně je tyristor v zavěrném stavu a nejde sepnout. Pro celou vlnovou regulaci je třeba můstek nebo 2 tyristory antiparalerně.
3. Průběh proudu na zátěži je vždy pulsní.
7) a) Načrtněte strukturu triaku  b) Stručně vysvětlete jeho činnost.
Funkce podobná jako 2 tyristory paralelně schopné spínat v každé periodě, kladné i zaporné. Napětí UA1 UA2 , při kterém triak sepne lze měnit velikosti IG. K sepnutí dochází při kladném i záporném UA1 UA2 – záleží na velikosti řídícího proudu ne na jeho smyslu.
8) Jakým způsobem je možné triak  sepnout?
Je to setejné jako u tyristoru lze i opačnou polaritou.
Přivedením napětí UB0 => kritická konstanta, dojde k ionizaci krystalové mřížky => sepnutý stav. Přivedením malého proudu na G, pak stačí k udržení i malý anodový proud (přídržný).
9) Jaká je typická oblast použití triaku?
Regulace proudu procházejícího obvodem zátěže při kladné i záporné půlvlně střídavého napětí.
10) a) Načrtněte strukturu diaku  b) Stručně vysvětlete jeho činnost. c) Jakým způsobem je možné diak  sepnout?
Jestliže U < UB0 má diak velký odpor => blokovací (rozepnutý stav) přechod blíže + je otevřen. Po dosažení UB0 dojde k ionizaci mřížky => zmenší se odpor diak se otevře. V tomto stavu má diak záporný diferenciální odpor => neřízená součástka. Diak lze otevřít pouze napětím U >= UB0 , kladným nebo záporným.
11. Optoelektronika
1) Vysvětlete princip fotodiody a načrtnete její AV charakteristiky.
Pokud je energie fotonu dopadajícího na povrch polovodiče větší než energie odpovídající šířce zakázaného pásu může dojít ke generaci páru elektron díra. Tak se zvýší koncentrace volných nosičů v polovodiči a tedy i jeho schopnost vést elektrický proud. Koncentrace vygenerovaných nosičů i fotovodivost jsou přímo úměrné intenzitě dopadajícího záření. Pokud je energie fotonu záření výrazně větší než šířka zakázaného pásu zmenšuje se hloubka vniku záření do polovodiče (odpovídá zhruba vlnové délce záření) a tím i účinnost generace.
2) Vysvětlete princip diody LED.  Čím je ovlivněna vlnová délka emitovaného záření?
Viditelné záření má energii fotonu > 2eV => pro LED musí být polovodič s velkou šířkou zakázaného pásu. GaAs má 1,4eV Ir spektrum luminiscence není u Si ani Ge. PV musí mít přímou pásovou strukturu PV typu A3 B5
3) V jakých režimech může pracovat fotodioda? Uveďte jejich výhody a nevýhody.   
Hradlový(4.kvadrant) – pracuje jako zdroj. Nepotřebuje napájení, velká setrvačnost práce max do 10kHz
Odporový(3.kvadrant) – pracuje jako spotřebič. Potřebuje vnější napájení podstatně rychlejší oproti hradlovému režimu.                                                                       
4) Jaké základní součásti musí mít každý laser ?
Aktivní prostředí, zdroj budící energie, Soustava zrcadel.
5) Načrtněte uspořádání laserové diody a stručně uveďte podmínky
pro její činnost.
Činnost: při průchodu malého proudu diodou vydává LED nekoherentní záření ke generaci koherentního záření dojde až proudová hustota přechodu PN překročí prahovou hodnotu materiál se výrazně zahřívá a musí se chladit
6) Uveďte typické aplikace laserových diod.
Zapisovací mechaniky, laserové tiskárny, datové spoje.
7) Jaký je rozdíl mezi fotometrickými a radiometrickými veličinami?
Fotometrické – podle citlivosti lidského oka 400- 700nm (Cd, lm, lx).
Radiometrické – fyzikální ve W.