Elektrotechnika i Elektronika ODP PDF

Zaliczenie wykładu „Elektrotechnika i elektronika” 1: Pole elektroniczne: 1.​ Co to jest ładunek elementarny? Jaka jest jednostka ładunku elektrycznego? Jaki znak przypisuje się ładunkowi protonu a jaki elektronu? -Najmniejsza możliwa występująca w prz...

Zaliczenie wykładu „Elektrotechnika i elektronika” 1: Pole elektroniczne: 1.​ Co to jest ładunek elementarny? Jaka jest jednostka ładunku elektrycznego? Jaki znak przypisuje się ładunkowi protonu a jaki elektronu? -Najmniejsza możliwa występująca w przyrodzie wartość ładunku elektrycznego to ładunek elementarny. Jego jednostka to kulomb (C). Proton = dodatni ; Elektron = ujemny 2.​ Podaj wzór na siłę Coulomba (siłę oddziaływania pomiędzy dwoma ładunkami elektrycznymi). Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. Gdzie: F – siła oddziaływania, q1, q2 – wartości ładunków, r – odległość pomiędzy ładunkami, ε0 to stała fizyczna, nazywana stałą dielektryczną próżni. 3.​ Co to jest natężenie pola elektrycznego? Podaj wzór definiujący natężenie pola elektrycznego i jego jednostkę. Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. Natężenie pola elektrycznego jest wektorem, jest to stosunek siły działającej na mały ładunek elektryczny do wartości tego ładunku. Jego jednostka to Wolt/Metr Wzór (F – siła oddziaływania; q – wartość ładunku) 4.​ Co to jest potencjał elektryczny? Podaj wzór definiujący potencjał elektryczny i jego jednostkę. Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. Potencjał elektryczny w danym punkcie pola to wielkość skalarna która jest stosunkiem pracy jaką wykonują siły oddziaływania elektrycznego tego pola do wielkości przenoszonego ładunku przy przeniesieniu ładunku elektrycznego z danego miejsca do nieskończoności. Jednostki: W-Praca / q-Wartość ładunku A-Punkt Jednostka potencjału elektrycznego to Wolt (V)  5.​ Co to jest napięcie elektryczne? Podaj wzór definiujący napięcie elektryczne i jego jednostkę. Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. Napięcie elektryczne (w skrócie) to różnica potencjałów (1 wzór). Jednostka to Wolt (V). Wzory: 1: 2: 1 Napięcie elektryczne (różnica potencjałów) pomiędzy dwoma punktami (A;B) to stosunek pracy (W) wykonanej przeciwko polu elektrycznemu, podczas przenoszenia ładunku elektrycznego między tymi punktami, dla których określa się napięcie, do wartości tego ładunku (q). (2 wzór) 6.​ Podaj wzory na natężenie pola elektrycznego i potencjał elektryczny wokół ładunku punktowego. Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. Natężenie pola elektrycznego w próżni: F – siła oddziaływania (siła Coulomba) ; q – wartość ładunku Q – ładunek punktowy; ε0 – stała dielektryczna próżni (const.) r – odległość pomiędzy ładunkami; (4pi – const.) Potencjał elektryczny wytwarzany ładunku punktowego w próżni: 7.​ Co to jest pojemność elektryczna. Podaj wzór definiujący pojemność elektryczną. Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. W jakich jednostkach wyraża się pojemność elektryczną? Pojemność elektryczna to wielkość fizyczna informująca o zdolności ciała lub układu ciał do gromadzenia ładunku elektrycznego. Jednostka to Farad (F). Wzór: φ - potencjał elektryczny na kondensatorze q - ładunek zgromadzony w kondensatorze 8.​ Jak i dlaczego zmienia się natężenie pola elektrycznego w kondensatorze po wprowadzeniu dielektryka pomiędzy okładziny kondensatora? Co to jest względna przenikalność dielektryczna? Po umieszczeniu w kondensatorze płaskim dielektryka (materiału nieprzewodzącego), występuje zmniejszenie natężenia pola elektrycznego wewnątrz kondensatora Iloraz natężenia pola początkowego (E0) do wypadkowego (E1) nazywany jest względną przenikalnością dielektryczną ośrodka (materiału). Wzór: Przenikalność elektryczna to jest stosunek indukcji pola elektrycznego w ciele do natężenia pola które ją wywołuje. 9.​ Podaj wzory na pojemność elektryczną kondensatora płaskiego powietrznego (próżniowego) oraz kondensatora z dielektrykiem. Wyjaśnij symbole użyte we wzorze Pojemność elektryczna kondensatora płaskiego powietrznego (próżniowego) Q- ładunek na kondensatorze U- potencjał elektryczny na kondensatorze C- Pojemność kondensatora S – powierzchnia aktywna okładek kondensatora d- odległość między okładkami kondensatora 10.​Podaj wzory na pojemność wypadkową połączenia szeregowego i równoległego pojemności elektrycznych. równoległe: C1+C2= C szeregowe: Pojemność wypadkowa kondensatorów połączonych równolegle jest równa sumie ich pojemności 11.​Wzór na energię pola elektrycznego (energię zgromadzoną w kondensatorze). Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. U – Napięcie / W – Praca C – Pojemność kondensatora  2: Pole magnetyczne: 12.​Reguła śruby prawoskrętnej (służącą do ustalania zwrotu wektora indukcji magnetycznej). Reguła śruby prawoskrętnej - jeśli śrubę prawoskrętną będziemy obracać zgodnie z kierunkiem wektora indukcji, to kierunek przesuwania się śruby będzie zgodny z kierunkiem przepływu prądu elektrycznego. 13.​Podaj wzór opisujące siłę działającą na przewodnik z prądem znajdujący się w polu magnetycznym. Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. gdzie F - siła, I - natężenie prądu, l - długość przewodnika, B - indukcja magnetyczna; (x – iloczyn wektorowy) 14.​Podaj wzór na siłę Lorentza (siłę działającą na ładunek elektryczny poruszający się w polu magnetycznym). Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. F – wektor siły działającej na poruszający się ładunek; B – wektor indukcji magnetycznej q - ładunek elektryczny; E – wektor natężenia pola elektrycznego v – wektor prędkości ładunku; (x – iloczyn wektorowy) F = q(E+v x B) 15.​Podaj wzór na indukcję magnetyczną wokół prostoliniowego przewodnika z prądem. Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. I - natężenie prądu r – odległość danego punktu od przewodnika B – wartość indukcji magnetycznej; µ0 - przenikalność magnetyczna próżni 16.​Podaj wzór na zależność pomiędzy indukcją magnetyczną i natężeniem pola magnetycznego. Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. Podaj jednostki natężenia pola magnetycznego i indukcji magnetycznej. Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. Między indukcją magnetyczną (B) (wyrażane w T [Tesla]) a natężeniem pola magnetycznego (H) (wyrażane w H [Henr]) zachodzi relacja B= µH ( µ – przenikalność magnetyczna ośrodka, wyrażona w [A/m]) 17.​Co to jest ferromagnetyzm, paramagnetyzm i diamagnetyzm. Z czego wynikają te zjawiska fizyczne, na czym polegają? Podaj przykłady materiałów ferromagnetycznych, paramagnetycznych i diamagnetycznych. Ferromagnetyzm – Wynika z własnego spontanicznego namagnesowania ciała. Polega na silnych właściwościach magnetycznych. Przykład materiału ferromagnetycznego: żelazo; kobalt; nikiel Materiały ferromagnetyczne mogą utracić swoje właściwości po przekroczeniu temperatury Curie – danej temperatury dla każdego materiału ferromagnetycznego wtedy staja się paramagnetyczne. Ten proces jest dwustronny i zachodzi także w paramagnetykach które staja się ferromagnetykami. Paramagnetyzm – Wynika z namagnesowaniu się ciała w zewnętrznym polu magnetycznym. Polega na słabych właściwościach magnetycznych. Przykład materiału paramagnetycznego: tlen; aluminium; platyna Diamagnetyzm – Wynika z faktu, że zewnętrzne pole magnetyczne zmienia tor elektronów na orbitach, które powoduje powstanie pola magnetycznego skierowanego przeciwnie do pola zewnętrznego innego ciała. Polega na braku właściwości magnetycznych i odpychaniu ciał magnetycznych. Przykład materiału diamagnetycznego: złoto; cynk; miedź 18.​Co to jest względna przenikalność magnetyczna? Względna przenikalność magnetyczna (μR) – wielkość określająca zdolność danego materiału (ośrodka) do zmiany indukcji magnetycznej przy zmianie natężenia pola magnetycznego μR próżni = 1 Względna przenikalność magnetyczna powietrza wynosi 1,00000037. 19.​Co to jest pętla histerezy magnetycznej ferromagnetyka. Narysuj ją. Jak uzasadnisz jej kształt. Wymień charakterystyczne punkty pętli histerezy. Pętla histerezy magnetycznej ferromagnetyka. 1 – krzywa magnesowania pierwotnego, 2 – pętla histerezy, BS – indukcja nasycenia, Br – indukcja remanencji, Hc – natężenie koercji. 20.​Czym powinna się charakteryzować pętla histerezy materiału, z którego konstruuje się magnesy trwałe, a czym powinna się charakteryzować pętla histerezy materiału, z którego konstruuje się rdzenie magnetyczne maszyn elektrycznych prądu przemiennego (transformatorów, dławików, silników)? Materiały z których są tworzone magnesy trwałe posiadają szeroką pętlę histerezy i charakteryzują się dużą wartością natężenia koercji i zwykle dużą wartością indukcji remanentu. Materiały z którego są tworzone rdzenie magnetyczne prądu przemiennego posiadają wąską pętlę histerezy i charakteryzują się małą wartością natężenia koercji i zwykle dużą wartością indukcji remanentu. 21.​Strumień magnetyczny. Podaj wzór definiujący strumień magnetyczny i jego jednostkę. Jednostką strumienia indukcji magnetycznej jest weber (Wb). 22.​Co to jest zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Wzór na siłę elektromotoryczną indukcji. Wyjaśnij symbole użyte we wzorze.  Zjawisko indukcji elektromagnetycznej, polega na zmianie strumienia magnetycznego przenikającego dowolny obwód elektryczny i powoduje powstanie siły elektromotorycznej. 23.​Co to jest indukcyjność własna. Podaj wzór definiujący indukcyjność własną. Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. W jakich jednostkach wyraża się indukcyjność własną. Stosunek strumienia skojarzonego (Ψ) wytwarzanego przez obwód do prądu (I) przepływającego przez ten obwód nazywamy indukcyjnością własną. Indukcyjność własną oznacza się przez L. Jednostką indukcyjności własnej jest henr [H]. Wzór: 24.​Podaj wzór na energię pola magnetycznego (W) (energię zgromadzoną w cewce indukcyjnej przewodzącej prąd). Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. i – Natężenie prądu L – Indukcyjność własna 25.​Podaj wzory na wypadkową indukcyjność własną cewek magnetycznych połączonych szeregowo i równolegle. Wypadkowa indukcyjność L dwu elementów połączonych szeregowo wyniesie: L - indukcyjność Wzór na wypadkową indukcyjność dwu indukcyjności połączonych równolegle 3:Obwody elektroniczne prądu stałego: 26.​Co to jest prąd elektryczny? Podaj wzór na wartość chwilową prądu. Jaka jest jednostka prądu elektrycznego. Prąd elektryczny jest uporządkowanym ruchem ładunków elektrycznych. Jego jednostka to amper [A] = [Q/s]. Wzór na wartość chwilową prądu [i]:  różniczki (odpowiednio) dq ładunku i dt czasu 27.​Prawo Ohma. Treść i wzór. Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. Natężenie prądu płynącego przez przewodnik jest wprost proporcjonalne do napięcia przyłożonego do końców tego przewodnika. R – opór elektryczny (inaczej rezystancja; jednostka om. [Ω]) U – napięcie; I – natężenie prądu 28.​Wzór na rezystancję przewodnika liniowego zależność rezystancji od wymiarów i materiału przewodnika). Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. W jakich jednostkach wyraża się rezystancję (opór elektryczny) a w jakich rezystywność (oporność właściwą). Wzór na rezystancję (R) (opór elektryczny) przewodnika: l - długość ; S – pole przekroju poprzecznego σ – konduktywność Jednostki: Rezystancja – om [Ω] ; Rezystywność - om·metr [Ωm]. 29.​Podaj wzór na moc chwilową prądu elektrycznego. Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. P – Moc; U – napięcie; I – natężenie; R – rezystancja 30.​I prawo Kirchhoffa. Treść i wzór. W węźle obwodu (punkcie łączącym trzy lub więcej przewodów) algebraiczna suma wartości chwilowych prądów wynosi zero. Ik jest prądem w gałęzi k. I – Napięcie; m-ilość przewodów 31.​II prawo Kirchhoffa. Treść i wzór. Suma sił elektromotorycznych (SEM) w zamkniętej pętli (oczku) obwodu jest równa sumie spadków potencjałów w tej pętli. εk - SEM źródła k Uj - spadek napięcia na rezystorze j.  32.​Co to jest siła elektromotoryczna (SEM) źródła energii elektrycznej? Podaj wzór. Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. Różnica potencjałów pomiędzy końcówkami źródła to siła elektromotoryczna (SEM). 4:Obwody elektroniczne prądu zmiennego: 33.​Podaj wzór opisujący prawo Ohma dla prądu przemiennego. Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. Z - impedancja zespolona I – natężenie prądu zespolonego U - Napięcie przemienne sinusoidalne 34.​Podaj wzór na moduł impedancji [Z] szeregowego połączenia elementów R,L,C. Podaj wzory na reaktancję pojemnościową i indukcyjną. Wyjaśnij symbole użyte we wzorach. Wzór na moduł impedancji [Z] // R – rezystancja Wzór na reaktancję pojemnościową [XC] // C – pojemność; ω - Prędkość kątowa Wzór na reaktancję indukcyjną [XL] // L – indukcyjność 35.​Jaki jest sens fizyczny mocy czynnej i mocy biernej. Podaj wzory na moc pozorną, czynną i bierną prądu sinusoidalnego, jednofazowego. Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. W jakich jednostkach wyraża się moc pozorną, czynna i bierną? Moc czynna powoduje wykonywanie pracy użytecznej w obwodzie. Moc związana z cyrkulowaniem energii pola magnetycznego czy elektrycznego pomiędzy źródłem a elementami reaktancyjnymi obwodu nazywana jest mocą bierną. RMS – Wartości skuteczne; ω - Prędkość kątowa; U – Napięcie; I – Natężenie prądu Wzór na moc pozorną [Jednostka - VA (wolt-amper)] Zależności między mocami: Wzór na moc czynną [P] [Jednostka – W (Wat) ] Wzór na moc bierną w obwodzie [Q] [Jednostka - VAr (wolt-amper reaktywny)] 5:Półprzewodniki: 36.​Wyjaśnij pojęcia pasmo walencyjne, pasmo przewodnictwa, przerwa energetyczna. Przy opisie zjawisk elektrycznych zachodzących w materiałach zawęża się analizę do dwóch poziomów energetycznych: ostatniego obsadzonego poziomu (T→0), nazywanego pasmem walencyjnym oraz pierwszego pustego (nieobsadzonego) poziomu energetycznego (T→0), nazywanego pasmem przewodnictwa. Różnica pomiędzy najniższą energią pasma przewodnictwa a najwyższą energią pasma walencyjnego nazywana jest przerwą energetyczną lub szerokością pasma zabronionego. 37.​Wyjaśnij w jaki sposób szerokość przerwy energetycznej (pasma zabronionego) wpływa na przewodność materiału. Jak kształtuje się szerokość pasma zabronionego w metalach, półprzewodnikach i izolatorach. Materiały o większej przerwie energetycznej są izolatorami. W izolatorze elektron nie może przejść do pasma przewodnictwa w wyniku wzbudzenia termicznego bądź świetlnego. Dopiero w bardzo silnym polu elektrycznym może uzyskać energię niezbędną do przejścia pasma zabronionego. Konfiguracja pasm energetycznych w (b) - metalach, (c) – półprzewodnikach, (d) – izolatory 38.​Co to jest półprzewodnik samoistny? Omów mechanizm przewodzenia prądu w półprzewodnikach samoistnych. Podaj przykłady pierwiastków i związków chemicznych będących półprzewodnikami. Półprzewodnikami samoistnymi nazywamy półprzewodniki chemicznie czyste, nie zawierające obcych atomów. Elektrony występujące w pasmie przewodnictwa pochodzą wyłącznie z pasma walencyjnego. Liczba elektronów jest równa liczbie dziur. Elektrony przechodzą do pasma przewodnictwa wskutek wzbudzenia termicznego lub absorpcji kwantu promieniowania świetlnego. Przykłady: Krzem 39.​Co to jest półprzewodnik domieszkowy. Domieszkowanie donorowe (typu n) i domieszkowanie akceptorowe (typu p). Omów mechanizm przewodzenia prądu w półprzewodnikach domieszkowych. W zastosowaniach technicznych powszechnie stosuje się półprzewodniki domieszkowe, zawierające atomy obce, wprowadzone do sieci krystalicznej półprzewodnika samoistnego. Wprowadzenie domieszki dającej nadmiar elektronów (w stosunkuj do półprzewodnika samoistnego) powoduje powstanie półprzewodnika typu n, domieszka taka zaś nazywana jest domieszką donorową („oddaje elektron”). W takim półprzewodniku powstaje dodatkowy poziom energetyczny (poziom donorowy) położony w obszarze pasma wzbronionego niewiele poniżej poziomu przewodnictwa lub w samym paśmie przewodnictwa. Nadmiar elektronów jest uwalniany do pasma przewodnictwa (prawie pustego w przypadku półprzewodników samoistnych) w postaci elektronów swobodnych zdolnych do przewodzenia prądu. Mówimy wtedy o przewodnictwie elektronowym lub przewodnictwie typu n (z ang. negative, ujemny). Wprowadzenie domieszki dającej niedobór elektronów (w stosunku do półprzewodnika samoistnego) powoduje powstanie półprzewodnika typu p, domieszka taka zaś nazywana jest domieszką akceptorową („przyjmuje elektron”). W takim półprzewodniku powstaje dodatkowy poziom energetyczny (poziom akceptorowy) położony w obszarze pasma wzbronionego niewiele nad poziomem walencyjnym, lub w samym paśmie walencyjnym. Poziomy takie wiążą elektrony znajdujące się w paśmie walencyjnym (prawie zapełnionym w przypadku półprzewodników samoistnych), powodując powstanie w nim wolnych miejsc. Takie wolne miejsce nazwano dziurą elektronową. Zachowuje się ona jak swobodna cząstka o ładunku dodatnim i jest zdolna do przewodzenia prądu. Mówimy wtedy o przewodnictwie dziurowym lub przewodnictwie typu p (z ang. positive, dodatni). 40.​Co to jest termistor? Wymień jakie są rodzaj termistorów i do czego służą? Termistor jest elementem półprzewodnikowym, którego rezystancja silnie zależy od temperatury (o wiele bardziej niż przewodnika metalicznego). Rodzaje: Termistory o ujemnym współczynniku temperaturowym (NTC – negative temperature coefficient),  Stosuje się je w układach pomiaru i regulacji temperatury, kompensacji temperaturowej oraz przy ograniczenia prądów rozruchu.] Termistory o dodatnim współczynniku temperaturowym (PTC – positive temperature coefficient) Termistory PTC stosowane są w układach ograniczających prąd w silnikach elektrycznych i zasilaczach, samoregulujących się elementach grzewczych i układach rozmagnesowania kineskopów kolorowych Termistory o skokowej zmianie rezystancji (CTR - critical temperature resistor) Np.: Do ochrony układu elektrycznego, Bezpiecznik polimerowy chroni przed zbyt wysokim natężeniem prądu 41.​Co to jest warystor? Do czego stosuje się warystory? Warystor jest elementem półprzewodnikowym, którego rezystancja zależy od napięcia. Warystory stosuje się w układach elektronicznych, telekomunikacyjnych i energetycznych do zabezpieczania przed przepięciami (nadmiernym wzrostem napięcia) 42.​Co to jest fotorezystor? Wyjaśnij zasadę jego działania. Fotorezystor jest elementem półprzewodnikowym, którego rezystancja zależy od wartości strumienia świetlnego padającego na powierzchnię czynną fotorezystora. Przez nieoświetlony fotorezystor przepływa tylko niewielki, tak zwany prąd ciemny, wynikający z termicznej generacji par elektron - dziura. Oświetlenie fotorezystora powoduje spadek jego rezystancji. Zachodzi on wskutek: - absorpcji kwantów promieniowania i przejścia elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa (półprzewodniki samoistne); - absorpcji kwantów promieniowania i przejścia elektronu z pasma domieszkowego (donorowego lub akceptorowego) do pasma przewodnictwa (domieszkowanie typu n) lub do pasma walencyjnego (domieszkowanie typu p) - wzrostu ruchliwości nośników w pasmie przewodnictwa. 43.​Co to jest czujnik Halla. Wyjaśnij zasadę jego działania. Podaj wzór na napięcie Halla. Wyjaśnij symbole użyte we wzorze. Hallotron wykorzystuje efekt Halla. Polega on na powstaniu napięcia (napięcie Halla) pomiędzy przeciwległymi krawędziami płytki półprzewodnikowej znajdującej się w polu magnetycznym, przez którą przepływa prąd. Hallotrony stosowane są głównie do pomiarów indukcji pola magnetycznego. Wzór na napięcie Halla (UH) IH – natężenie prądu zasilającego hallotron (prądu sterującego) RH – współczynnik Halla [m3/K] B – indukcja magnetyczna d – grubość płytki S – czułość hallotronu.  6:Złącza PN: 44.​Co to jest złącze pn? Jakie zjawiska zachodzą w złączu pn w stanie beznapięciowym (bez polaryzacji zewnętrznej)? Co to jest prąd dyfuzyjny, co to jest prąd unoszenia? Złącze p-n to złącze pomiędzy dwoma obszarami półprzewodnika domieszkowanymi donorowo i akceptorowo. Jest podstawowym elementem konstrukcyjnym szeregu przyrządów półprzewodnikowych. W stanie beznapięciowym elektrony przemieszczają się z obszaru typu N do P. Przepływ elektronów sprawia, że przy granicy obszaru N powstaje pewien obszar ładunku dodatniego. Przepływ nośników większościowych (elektronów) nazywany jest prądem dyfuzyjnym. W złączu mogą przepływać również nośniki mniejszościowe – jest to prąd unoszenia i jego zwrot jest przeciwny do zwrotu prądu dyfuzyjnego 45.​Co to jest polaryzacja przewodzenia złącza pn, a co to jest polaryzacja zaporowa złącza pn? W zależności od biegunowości napięcia zewnętrznego rozróżnia się dwa rodzaje polaryzacji złącza: w kierunku przewodzenia, wówczas dodatni biegun napięcia jest dołączony do obszaru p; w kierunku zaporowym, wówczas dodatni biegun napięcia jest dołączany do obszaru n. 46.​Omów charakterystykę prądowo napięciową złącza pn. (przykłady) Rys 1. Gdzie js– jest gęstością prądu nasycenia złącza. Gęstość prądu nasycenia zależy od długości warstw zubożonych, koncentracji domieszek i gradientu koncentracji domieszek warstw p oraz n. Rys.1 pokazuje przebieg charakterystyki dla stosunkowo niedużych napięć (± 75 mV). Dla szerszego zakresu napięć charakterystyka I=f(U) pokazana jest na Rys. 2 (Przykładowe charakterystyki prądowo-napięciowe złącza p-n germanowego i krzemowego.) 2: 47.​Na czym polega i kiedy występuje przebicie Zenera w złączu pn? Przebicie Zenera występuje w złączach o małej grubości obszaru zubożonego (warstwy zaporowej). Szerokość warstwy zaporowej zależy od koncentracji domieszek. Im większa koncentracja domieszek tym węższy jest obszar zubożony. Za przebicie Zenera odpowiada przejście tunelowe elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. Przejście tunelowe jest zjawiskiem polegającym na pokonaniu bariery potencjału przez cząsteczkę o energii mniejszej niż wysokość bariery potencjału. Przebicie Zenera występuje więc w złączach p-n zbudowanych z silnie domieszkowanych półprzewodników, gdzie natężenie pola elektrycznego jest rzędu 108 V/m. Przebicie Zenera dominuje w złączach, w których napięcie przebicia jest mniejsze od 5 V. Przy napięciach wstecznych powyżej 7 V przebicie Zenera nie występuje. 48.​Na czym polega i kiedy występuje przebicie lawinowe w złączu pn? Przebicie lawinowe występuje w złączach o dużej grubości obszaru zubożonego czyli w złączach słabo domieszkowanych. Przebicie lawinowe polega na tym, że nośniki mniejszościowe, które znalazły się w obszarze zubożonym wskutek dyfuzji z obszarów sąsiednich są przyspieszane polem elektrycznym w obszarze zubożonym. Przy odpowiednio dużym natężeniu pola nośniki prądu uzyskują energię wystarczającą do rozerwania wiązania w sieci krystalicznej półprzewodnika i wygenerowania tym samym pary elektron-dziura. Przebicie lawinowe występuje przy natężeniu pola rzędu 106 V/m. Wygenerowane w ten sposób nośniki są przyspieszane w polu elektrycznym i generują one kolejne nośniki prądu. Dochodzi do przebicia lawinowego. Przy napięciach wstecznych powyżej 7 V przebicie lawinowe jest zjawiskiem dominującym 7:Tranzystory bipolarne: 49.​Opisz budowę tranzystora bipolarnego i wyjaśnij zasadę jego działania. Tranzystor bipolarny tworzy struktura zbudowana z sąsiadujących ze sobą trzech domieszkowanych obszarów półprzewodnika. Mogą to być obszary p-n-p lub n-p-n. Stąd mówi się o tranzystorach pnp lub npn. Zasada działania: Mały prąd bazy steruje dużym prądem kolektora Prąd emitera jest sumą prądów bazy i kolektora Tranzystor działa jako wzmacniacz lub przełącznik w zależności od warunków pracy. Gdy złącze baza-emiter jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, nośniki ładunku przepływają z emitera przez bazę do kolektora, co pozwala na sterowanie dużym prądem kolektora przy użyciu znacznie mniejszego prądu bazy. Gdy złącze baza-emiter jest spolaryzowane w kierunku zaporowym, tranzystor znajduje się w stanie zatkania. W tym stanie prąd praktycznie nie przepływa między kolektorem a emiterem, ponieważ złącze baza-emiter blokuje ruch nośników ładunku. 50.​Co to jest charakterystyka zewnętrzna tranzystora bipolarnego? Narysuj rodzinę charakterystyk zewnętrznych i uzasadnij ich kształt.  Charakterystyka zewnętrzna tranzystora bipolarnego opisuje zależność między prądem kolektora a napięciem kolektor-emiter przy ustalonych wartościach prądu bazy W obszarze aktywnym IC jest niemal stały dla danego IB, lekko rośnie z UCE. W obszarze nasycenia IC maleje, gdy UCE jest bardzo niskie.  51.​Co to jest charakterystyka przejściowa tranzystora bipolarnego? Narysuj charakterystykę przejściową tranzystora bipolarnego i uzasadnij jej kształt. Charakterystyka przejściowa tranzystora bipolarnego to zależność prądu kolektora od prądu bazy (przy stałym napięciu kolektor-emiter. Jest to kluczowa charakterystyka, która opisuje właściwości wzmocnienia prądowego tranzystora. Prąd kolektora (IC) zależy liniowo od prądu bazy (IB).  52.​Wyjaśnij pojęcia „układ wspólnego emitera”, „wspólnej bazy” i „wspólnego kolektora”. Scharakteryzuj je. 1. Układ wspólnego emitera (WE) Emiter jest wspólny dla sygnału wejściowego i wyjściowego. Sygnał wejściowy jest podawany między bazę a emiter. Sygnał wyjściowy jest pobierany między kolektor a emiter. cechuje się dużym wzmocnieniem napięciowym i prądowym, co oznacza też duże wzmocnienie mocy. Napięcie wyjściowe jest odwrócone w fazie (180º) w stosunku do napięcia wejściowego. Rezystancja wejściowa wynosi od kilkuset Ω do kilku kΩ, rezystancja wyjściowa w granicach kilku – kilkudziesięciu kΩ. 2. Układ wspólnej bazy (WB) Baza jest wspólna dla sygnału wejściowego i wyjściowego. Sygnał wejściowy jest podawany między emiter a bazę. Sygnał wyjściowy jest pobierany między kolektor a bazę. ma małą rezystancję wejściową, poniżej 500Ω, dużą rezystancję wyjściową, rzędu kilkudziesięciu kΩ. Wzmocnienie prądowe bliskie jedności. Może pracować przy dużych częstotliwościach granicznych, nawet rzędu GHz. 3. Układ wspólnego kolektora (WK) Kolektor jest wspólny dla sygnału wejściowego i wyjściowego. Sygnał wejściowy jest podawany między bazę a kolektor. Sygnał wyjściowy jest pobierany między emiter a kolektor. ma dużą rezystancję wejściową, małą rezystancję wyjściową. Wzmocnienie napięciowe bliskie jedności, i duże wzmocnienie prądowe. 8:Tranzystory unipolarne: 53.​Opisz budowę tranzystora polowego złączowego (JFET) i wyjaśnij zasadę jego działania. W tych tranzystorach bramka jest odizolowana od kanału obszarem zubożonym złącza pn. Budowa JFET: 1. Kanał (n lub p) – przez niego płynie prąd drenu 2. Źródło (S) – wejście prądu. 3. Dren (D) – wyjście prądu. 4. Bramka (G) – steruje przepływem prądu przez kanał. 5. Złącze p-n – między bramką a kanałem, działa w kierunku zaporowym. Zasada działania JFET: 1. Bez sygnału na bramce (VG=0) – kanał otwarty, prąd płynie maksymalnie. 2. Ujemne napięcie na bramce): a. Złącze p-n zwiększa obszar zubożony, zwężając kanał. b. Prąd drenu I maleje. 3. Napięcie odcięcia – kanał zamknięty, prąd nie płynie. 54.​Co to jest charakterystyka zewnętrzna JFET? Narysuj rodzinę charakterystyk zewnętrznych i uzasadnij ich kształt. Charakterystyka zewnętrzna JFET to zależność prądu drenu ID od napięcia dren-źródło UDS dla różnych wartości napięcia bramka-źródło. Pokazuje, jak prąd ID zmienia się w funkcji UDS w różnych warunkach polaryzacji bramki. 55.​Co to jest charakterystyka przejściowa JFET? Narysuj charakterystykę przejściową tranzystora JFET i uzasadnij jej kształt. Charakterystyka przejściowa tranzystora JFET opisuje zależność prądu drenu ID od napięcia bramka-źródło UGS przy stałym napięciu dren-źródło (w obszarze nasycenia. Pokazuje, jak sterowanie napięciem bramki wpływa na przepływ prądu przez kanał. Uzasadnienie kształtu charakterystyki: 1. Przy UGS=0V: a. Prąd drenu osiąga maksymalną wartość ID , ponieważ kanał jest w pełni otwarty. 2. Przy ujemnym UGS : a. Obszar zubożony w kanale zwiększa się, zmniejszając przepływ prądu ID 3. Przy UGS(off): a. Kanał jest całkowicie zamknięty, prąd ID spada do zera. 56.​Wyjaśnij pojęcia „układ wspólnego źródła”, „wspólnej bramki” i „wspólnego drenu” tranzystora JFET. Scharakteryzuj je. Układ wspólnego źródła (Common Source, CS) 1. Opis: a. W układzie tym elektroda źródła jest wspólna dla sygnału wejściowego i wyjściowego. b. Wejście podawane jest na bramkę, a wyjście odbierane z drenu. 2. Charakterystyka: a. Wzmocnienie napięciowe: Duże – układ wspólnego źródła jest często stosowany jako wzmacniacz. b. Odwrócenie fazy: Sygnał wyjściowy jest odwrócony w fazie względem wejściowego (180°). c. Impedancja wejściowa: Wysoka – dzięki sterowaniu napięciem. d. Impedancja wyjściowa: Średnia. Układ wspólnej bramki (Common Gate, CG) 1. Opis: a. W tym układzie elektroda bramki jest wspólna dla sygnału wejściowego i wyjściowego. b. Sygnał wejściowy podawany jest na źródło, a wyjście odbierane z drenu. 2. Charakterystyka: a. Wzmocnienie napięciowe: Duże, ale mniejsze niż w układzie wspólnego źródła. b. Odwrócenie fazy: Brak – sygnał wyjściowy jest w fazie z wejściowym. c. Impedancja wejściowa: Niska – ograniczona przez rezystancję kanału. d. Impedancja wyjściowa: Wysoka. Układ wspólnego drenu (Common Drain, CD) 1. Opis: a. W układzie tym elektroda drenu jest wspólna dla sygnału wejściowego i wyjściowego. b. Sygnał wejściowy podawany jest na bramkę, a wyjście odbierane ze źródła. 2. Charakterystyka: a. Wzmocnienie napięciowe: Bliskie jedności – układ nie wzmacnia napięcia. b. Odwrócenie fazy: Brak – sygnał wyjściowy jest w fazie z wejściowym. c. Impedancja wejściowa: Wysoka – odpowiednia dla źródeł o dużej impedancji. d. Impedancja wyjściowa: Niska – działa jako dopasowanie impedancji. 57.​Opisz budowę tranzystora polowego z izolowaną bramką z kanałem wbudowanym (normalnie załączony) i wyjaśnij zasadę jego działania. Budowa MOSFET z kanałem wbudowanym (normalnie załączony): 1. Podłoże: Półprzewodnik typu p (dla kanału n) lub typu n (dla kanału p). 2. Kanał wbudowany: Naturalnie przewodzący (np. n), istnieje bez napięcia na bramce. 3. Elektrody: a. Źródło (S): Początek przepływu prądu. b. Dren (D): Koniec przepływu prądu. c. Bramka (G): Izolowana od kanału cienką warstwą dielektryka (np. SiO2). Zasada działania:  1. Bez napięcia na bramce (UGS=0): Kanał przewodzi prąd (ID ) – tranzystor jest normalnie załączony. 2. Ujemne UGS : Obszar zubożony w kanale zwiększa się, zmniejszając prąd ID. 3. Odcięcie (UGS=UGS(off) ): Kanał zamyka się, prąd przestaje płynąć. 4. Dodatnie UGS : Kanał rozszerza się, zwiększając ID. 58.​Co to jest charakterystyka zewnętrzna MOSFET z kanałem wbudowanym (normalnie załączonego)? Narysuj rodzinę jego charakterystyk zewnętrznych i uzasadnij ich kształt. ​ Charakterystyka zewnętrzna MOSFET z kanałem wbudowanym (normalnie załączonego) Charakterystyka zewnętrzna przedstawia zależność prądu drenu (ID ) od napięcia dren-źródło (VDS) dla różnych wartości napięcia bramka-źródło (VGS ). Uzasadnienie kształtu: Obszar nienasycony (liniowy): Przy małym UDS prąd ID rośnie, bo kanał dobrze przewodzi. Obszar nasycony: Po przekroczeniu pewnego UDS prąd ID staje się stały, bo kanał zwęża się na końcu. Wpływ UGS : Im bardziej ujemne UGS, tym mniejszy prąd ID, aż kanał całkowicie się zamknie.  59.​Co to jest charakterystyka przejściowa MOSFET z kanałem wbudowanym? Narysuj jego charakterystykę przejściową i uzasadnij jej kształt. Charakterystyka przejściowa MOSFET z kanałem wbudowanym Charakterystyka przejściowa to zależność prądu drenu (ID) od napięcia bramka-źródło (UGS), przy stałym napięciu dren-źródło (UDS) w obszarze nasycenia. W przypadku MOSFET z kanałem wbudowanym (normalnie załączonym): UGS =0: Prąd jest na swojej początkowej, wysokiej wartości. UGS >0: Kanał się rozszerza, a prąd wzrasta wraz ze wzrostem UGS Gdy UGS jest ujemne: Obszar zubożony w kanale zwiększa się, zmniejszając ID. Gdy UGS osiąga UGS (off)): Kanał się zamyka i ID≈0. ​ 60.​Opisz budowę tranzystora polowego z izolowaną bramką z kanałem indukowanym (normalnie wyłączony) i wyjaśnij zasadę jego działania. ​ Budowa MOSFET z kanałem indukowanym (normalnie wyłączony): 1. Podłoże: Półprzewodnik typu p (dla kanału n) lub typu n (dla kanału p). 2. Źródło (S) i dren (D): Kontakty do podłoża z domieszką typu przeciwnego do podłoża. 3. Bramka (G): Elektroda izolowana od podłoża cienką warstwą dielektryka (SiO). 4. Kanał: Nie istnieje w stanie spoczynkowym – tworzy się dopiero po przyłożeniu odpowiedniego napięcia bramka-źródło (VGS). Zasada działania: 5. Stan normalny (UGS=0):  a. Kanał nie istnieje, tranzystor jest wyłączony, prąd ID=0. 6. Przy dodatnim UGS (dla MOSFET z kanałem n): a. Pole elektryczne przyciąga elektrony do obszaru pod bramką, tworząc kanał przewodzący między źródłem a drenem. b. Gdy UGS osiągnie napięcie progowe (Uth), kanał zaczyna przewodzić prąd dren-źródło (ID). 7. Przy UGS>Uth : a. Kanał staje się bardziej przewodzący, a prąd ID rośnie wraz z UDS w obszarze liniowym i stabilizuje się w obszarze nasycenia. 61.​Co to jest charakterystyka zewnętrzna MOSFET z kanałem indukowanym (normalnie wyłączonego)? Narysuj rodzinę jego charakterystyk zewnętrznych i uzasadnij ich kształt. Charakterystyka zewnętrzna przedstawia zależność prądu drenu (ID) od napięcia dren źródło (UDS) przy różnych wartościach napięcia bramka-źródło (VGS). Dla MOSFET z kanałem indukowanym: Gdy UGSUth: Kanał przewodzący jest indukowany, a prąd ID przepływa, rosnąc wraz z UDS do punktu nasycenia. 62.​Co to jest charakterystyka przejściowa MOSFET z kanałem indukowanym? Narysuj jego charakterystykę przejściową i uzasadnij jej kształt. Charakterystyka przejściowa to zależność prądu drenu (ID) od napięcia bramka-źródło (UGS) przy stałym napięciu dren-źródło (UDS) w obszarze nasycenia.  Dla MOSFET z kanałem indukowanym: 1. Gdy UGS