Multimediálny CBT kurz pre e-learning
DIPLOMOVÁ PRÁCA
Ján Duraj
ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE
Elektrotechnická fakulta
Katedra telekomunikácií
Študijný odbor: TELEKOMUNIKÁCIE
Vedúci diplomovej práce:
doc. Ing. Miroslav Hrianka, PhD.
Stupeň kvalifikácie: inžinier (Ing.)
Dátum odovzdania diplomovej práce: 19.5.2006
ŽILINA 2006
CIEĽ DIPLOMOVEJ PRÁCE
Cieľom diplomovej práce je vytvorenie multimediálneho CBT kurzu pre e-learning.
Kurz je realizovaný ako dynamické HTML s Flash animáciami. Po skompletizovaní
všetkých kapitol bude slúžiť ako študijný kurz Elektroniky.
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta,
Katedra telekomunikácií
_______________________________________________________________________
ANOTAČNÝ ZÁZNAM - DIPLOMOVÁ PRÁCA
Priezvisko, meno: Duraj Ján
školský rok: 2005/2006
Názov práce: Multimediálny CBT kurz pre e-learning
Počet strán: 68
Počet obrázkov: 52
Počet tabuliek: 2
Počet grafov: 0
Počet príloh: 1
Použitá lit.: 24
Anotácia:
Diplomová práca sa zaoberá multimediálnym CBT kurzom pre e-learning. Projekt je
realizovaný ako dynamické HTML s Flash animáciami.
Diplomová práca slúži ako
študijný kurz Elektroniky.
Anotácia v cudzom jazyku:
This theses deals with multimedia CBT course for e-learning. Project is realised as
dynamic HTML with Flash animations. Thesis is made like a study course Electronics.
Kľúčové slová:
CBT kurz, polovodičové diódy, tranzistory ovládané elektrickým poľom,
optoelektronické súčiastky
Vedúci práce: doc. Ing. Miroslav Hrianka, PhD.
Recenzent práce: Ing. Anton Maslák
Dátum odovzdania práce: 19. mája 2006
Abstrakt:
Diplomová práca sa zaoberá multimediálnym CBT kurzom pre e-learning. Projekt je
realizovaný ako dynamické HTML s Flash animáciami.
študijný kurz Elektroniky.
Diplomová práca slúži ako
OBSAH
1. ÚVOD .................................................................................................................. 1
2. E-LEARNING .................................................................................................. 2
2.1 Multimediálny CBT kurz ............................................................................... 4
2.1.1 Postup pri vytváraní CBT kurzu.................................................................. 5
2.1.2 Spôsob zdieľania kurzu ............................................................................... 7
2.1.3 Nástroje na tvorbu kurzu ............................................................................. 9
2.1.4 Dizajn kurzu ................................................................................................ 11
3. CBT KURZ.........................................................................................................13
3.2 Diódy.............................................................................................................. 14
3.2.1 Diódy s P-N prechodom ........................................................................... 14
3.2.1.1 Priepustný smer .................................................................................. 14
3.2.1.2 Záverný smer...................................................................................... 15
3.2.1.3 Volt –ampérová charakteristika ideálneho P –N prechodu ................ 16
3.2.1.4 Charakteristiky diód s P-N prechodom .............................................. 17
3.2.1.5 Lavínový jav....................................................................................... 18
3.2.1.6 Tunelový jav.........................................................................................19
3.2.1.7 Parametre diód.................................................................................... 20
3.2.1.8 Typy diód ............................................................................................ 23
3.2.2 Diódy s prechodom kov- polovodič.......................................................... 25
3.2.2.1 Priepustný smer ................................................................................. 26
3.2.2.2 Záverný smer ...................................................................................... 27
3.2.2.3 Volt– ampérová charakteristika ideálneho prechodu kov- polovodič 27
3.2.2.4 Vlastnosti a parametre diód s prechodom kov- polovodič ................. 28
3.2.3 Hypertextové odkazy............................................................................... 29
3.2.4 Testovanie vedomostí............................................................................... 32
3.2.5 Zoznam použitej literatúry.........................................................................33
3.4 Unipolárny tranzistor.......................................................................................35
3.4.1 Tranzistor JFET (Junction Field Effect Transistor).................................. 35
3.4.1.1 Princíp činnosti.....................................................................................36
3.4.1.2 Hraničné parametre..............................................................................39
3.4.2 Tranzistor MESFET (Metal Semiconductor FET) ................................... 39
3.4.3 Tranzistor MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET)........................ 40
3.4.3.1 Princíp činnosti................................................................................... 41
3.4.3.2 Parametre a charakteristiky MOSFET................................................ 44
3.4.3.3 Hraničné parametre ............................................................................ 47
3.4.4 Hypertextové odkazy............................................................................... 47
3.4.5 Testovanie vedomostí............................................................................... 49
3.4.6 Zoznam použitej literatúry ....................................................................... 51
3.12 Optolelektronické súčiastky.......................................................................... 52
3.12.1 Zdroje optického žiarenia ....................................................................... 53
3.12.1.1 Zdroje nekoherentného žiarenia ....................................................... 54
3.12.1.2 Zdroje koherentného žiarenia ........................................................... 56
3.12.2 Detektory optického žiarenia.................................................................. 57
3.12.2.1 Fotorezistor........................................................................................57
3.12.2.2 Fotodióda...........................................................................................58
3.12.2.3 Fototranzistor.....................................................................................61
3.12.3 Hypertextové odkazy............................................................................. 62
3.12.4 Testovanie vedomostí............................................................................. 65
3.12.5 Zoznam použitej literatúry ..................................................................... 67
4. ZÁVER ............................................................................................................... 68
ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY
ZOZNAM OBRÁZKOV A TABULIEK
Obr.3.2.1
Rôzne druhy diód.
14
Obr.3.2.2
Priepustný smer ideálneho P-N prechodu.
15
Obr.3.2.3
Záverný smer ideálneho P-N prechodu.
15
Obr.3.2.4
Volt - ampérová charakteristika ideálneho P –N prechodu
16
Obr.3.2.5
Sčítaním V-A charakteristiky sériového odporu a ideálnej diódy
dostaneme V-A charakteristiku reálnej diódy.
Obr.3.2.6
Závislosť prierazného napätia od koncentrácie donorov v reálnej
dióde
Obr.3.2.7
Obr.3.2.9
18
Ku lavínovému javu dochádza na záverne polarizovanej dióde
pri dosiahnutí prierazného napätia.
Obr.3.2.8
17
19
Generovanie páru elektrón –diera pri nárazovej ionizácii a
pri tunelovom jave.
20
Pri dodržaní hraničných parametrov nedôjde k poruche diódy.
20
Obr.3.2.10 Dióda sa stáva nevodivou až po uplynutí doby záverného zotavenia. 21
Obr.3.2.11 Proces priepustného zotavenia pri spínaní výkonovej diódy.
22
Obr.3.2.12 Barierová (difúzna) kapacita diódy v oboch smeroch.
22
Obr.3.2.13 P-i-N dióda
23
Obr.3.2.14 Teplotné koeficienty UZ Zenerovej diódy.
24
Obr.3.2.15 Závislosť prierazného a prahového napätia od rastúcej dotácie
ND a NA.
Tab. 3.2.1
25
Výstupná práca e.Φm a elektrónová afinita e.χ niektorých
materiálov.
Obr.3.2.16 Ideálny pásmový model kovu a polovodiča oddelených vákuom.
26
26
Obr.3.2.17 Priepustný a záverný smer ideálneho prechodu kov – polovodič N. 26
Obr.3.2.18 V-A charakteristika ideálnej Schottkyho diódy sa líši od diódy s P-N
prechodom.
Obr.3.2.19 Schottkyho dióda jednorozmerne.
28
28
Obr.3.2.20 Na prechode kov –polovodič vzniká oblasť priestorového náboja
s vysokou intenzitou elektrického poľa.
30
Obr.3.2.21 Koncentrácia majoritných elektrónov pN je vždy o niekoľko rádovo
vyšší ako koncentrácia minoritných dier nN.
31
Obr. 3.4.1
Prvý unipolárny tranzistor.
Obr.3.4.2
Prierez tranzistormi JFET s kanálmi N a P a ich schematické značky 36
Obr.3.4.3
Uzatváranie kanála spôsobené zvyšovaním napätia UGS.
37
Obr.3.4.4
JFET vstupuje do režimu saturácie.
37
Obr.3.4.5
Výstupné charakteristiky JFET s kanálom N.
38
Obr.3.4.6
Prevodová charakteristika JFET s kanálom N.
38
Obr.3.4.7
Hraničné parametre JFET.
39
Obr.3.4.8
Prierez tranzistorom MESFET s kanálom N.
39
Obr.3.4.9
Prevodová charakteristika MESFET s kanálom N určeného pre režim
ochudobnený (UT <0) a obohatený režim (UT >0).
35
40
Obr.3.4.10 Tranzistor MOSFET s indukovaným a zabudovaným kanálom N a P.
Znázornenie ich schematických značiek.
41
Obr.3.4.11 Zobrazenie stavov pri akumulácii dier a pri vzniku inverznej vrstvy
pri UT=0,7V.
42
Obr.3.4.12 MOSFET s kanálom N v nevodivom a zopnutom stave
pri UDS = 5V.
43
Obr.3.4.13 Dochádza k zaškrteniu kanála v oblasti drainu a saturácii výstupnej
charakteristiky.
44
Obr.3.4.14 Výstupná a prevodová charakteristika MOSFET s indukovaným
kanálom N pre oblasť saturácie.
44
Obr.3.4.15 Výstupné charakteristiky pre MOSFET s indukovaným
a zabudovaným kanálom N a ich prevodné charakteristiky.
Rozloženie koncentrácie elektród v kanále pre rôzne napätia UGS.
Obr.3.4.16 Výstupné a prevodová charakteristika MOSFET s kanálom P.
46
46
Obr.3.4.17 Hraničné parametre vo výstupných charakteristikách MOSFET
s kanálom N.
47
Obr.3.12.1 Model absorpcie fotónu, spontánnej emisie a stimulovanej emisie
žiarenia v lineárnom pásmovom modely polovodiča.
52
Obr.3.12.2 Spektrálne citlivosti ľudského oka a detektorov žiarenia na báze Si,
Ge, InGaAs.
53
Obr.3.12.3 Druhy a farebné rozlíšenie LED.
54
Obr.3.12.4 Princíp LED znázornený v energetickom pásmovom modeli.
54
Tab.3.12.1 Materiály pre výrobu LED sú volené podľa vlnovej dĺžky žiarenia,
v ktorej majú emitovať.
55
Obr.3.12.5 Konštrukcia červenej LED a jej zapuzdrenie.
55
Obr.3.12.6 Obecný princíp lasera. Štruktúra z hrany a z povrchu vyžarujúceho
lasera s dvojitou heteroštruktúrou.
56
Obr.3.12.7 Watt- ampérová charakteristika lasera v kontinuálnom režime.
Dvojitá heteroštruktúra umožňuje zníženie prahoveho prúdu Ith
sústredením fotónov do aktívnej oblasti malých rozmerov.
57
Obr.3.12.8
Reálny fotorezistor s hrebeňovou štruktúrou .
57
Obr.3.12.9
Zjednodušená štruktúra fotorezistora a jeho pásmový model.
V-A charakteristika ukazuje logaritmickú závislosť odporu
na osvetlení.
58
Obr.3.12.10 Princíp fotodiódy. Fotóny absorbované vo fotodióde PIN
generujú páry a diery, ktoré sú unášané elektrickým poľom
OPN cez P-N prechod do oblasti, kde sú majoritnými.
Obr.3.12.11 V-A charakteristika fotodiódy v troch kvadrantoch.
59
60
Obr.3.12.12 Znázornenie závislosti koncentrácie a intenzity od polohy
v polovodiči v jednotlivých režimoch.
60
Obr.3.12.13 Konštrukcia germániového fototranzistora.
61
Obr.3.12.14 Reálna laserová dióda.
63
ZOZNAM SKRATIEK A SYMBOLOV
A*
Richardsonova konštanta
d
hrúbka
CBT
Computer Based Training - počítačom podporovaná výučba
CSS
Cascade Style Sheet - kaskádové štýly
e
elementárny náboj elektrónu
Eopt
intenzita optického žiarenia
g
rýchlosť generovania párov elektrón- diera
If, IFAV
priepustný prúd, stredná hodnota priepustného prúdu
Ish, Ith
prúd fotodiódy nakrátko, prahový prúd lasera
IFSM
maximálna hodnota nárazového priepustného prúdu
IRRM
maximálny prúd pri závernom zotavení
J0
saturačná prúdová hustota
L
dĺžka kanála
n,np
koncentrácia voľných nosičov, v polovodiči P
nN0,nP0
rovnovážna koncentrácia elektrónov v polovodiči N, P
NA,ND
koncentrácia akceptorov a donorov
p, pa
koncentrácia voľných dier, v polovodiči N
pP0,pN0
rovnovážna koncentrácia dier v polovodiči P, N
Q, Qrr
náboj, náboj záverného zotavenia
tfr, trr
doba priepustného, záverného zotavenia
UBR
prierazné napätie
UF, UR
úbytok napätia v priepustnom, závernom smere
URRM, URSM maximálne záverné opakovateľné, neopakovateľné napätie
UT
prahové napätie
UZ
Zenerove napätie
w
šírka kanála
WC
dno vodivostného pásma
WF
Fermiho hladina
WV
strop valenčného pásma
Wg
šírka zakázaného pásma
RS
sériový odpor
GaAs
gálium arzenid
GaP
gálium fosfid
Ge
germánium
FET
poľom riadený tranzistor (Field Effect Transistor)
JFET
poľom riadený prechodový tranzistor (Junction FET)
MESFET
poľom riadený tranzistor so Schottkyho diódou (MEtal Semiconductor
FET)
MOSFET
poľom riadený tranzistor s kovovým hradlom odizolovaným oxidovou
vrstvou (Metal Oxide Semiconductor FET)
Si
kremík
V-A
volt- ampérová (charakteristika)
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
1 ÚVOD
V súčasnej dobe expanzie informácií a informačných technológií si elektronické
vzdelávanie získava na trhu stále viac a viac svoje nezastupiteľné miesto.
Perspektívnosť nesúvisí len s úsporou ľudských a prírodných zdrojov. Jeho najväčšou
výhodou je racionálne využívanie času, individuálny prístup, možnosť efektívneho
získavania kvalitných a vždy aktuálnych informácií.
Dištančné vzdelávanie je nová efektívna forma štúdia založená na individuálnom
prístupe k študujúcemu a v používaní špeciálne pripravených učebných textov,
počítača a multimediálnych pomôcok. Forma vzdelávania, kde sa v prevažnej miere
uplatňuje samoštúdium a komunikácia s realizátormi vzdelávania je uskutočňovaná
formou pošty, e - mailu, telefónu, osobne (konzultáciami).
Úlohou diplomovej práce je návrh metodológie a realizácia multimediálneho
CBT kurzu pre dištančné vzdelávanie. Kurz tvoria tri kapitoly, ktorých tematický
obsah bol navrhnutý a po vzájomnej dohode pozmenený vedúcim diplomovej práce.
Kurz umožňuje dopĺňať ostatné kapitoly a poukazuje nato akým štýlom v nich
pokračovať. Za pomoci animácií a obrázkov sa snažíme, čo najjednoduchšie objasniť
danú problematiku. Používateľ si môže nadobudnuté znalosti otestovať v kvíze, ktorý
je súčasťou každej kapitoly. Umiestnenie kurzu bude vo vzdelávacom systéme LMS
Moodle Žilinskej univerzity, kde je možnosť monitorovať jeho využívanie .
Učebný program je realizovaný v jazyku HTML s Flash animáciami. HTML
využíva CSS a JavaScript a je písaný priamo ako zdrojový kód v poznámkovom bloku
Notepad. Flash animácie rovnako ako aj všetky obrázky som realizoval v prostredí
Macromedia Flash MX. Kaskádové štýly CSS definujú rovnakú úpravu pre všetky
kapitoly.
Celý kurz je preto tvorený s maximálnym dôrazom na jednoduchú orientáciu,
ľahké ovládanie a príjemne prostredie celého kurzu. CBT kurz nie je protikladom
tradičného, ale súčasťou moderného vzdelávania.
-1-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
2 E-LEARNING
Význam e-learningu pre dištančné vzdelávanie
E- learning je jednou z foriem dištančného vzdelávania- vo virtuálnom študijnom
prostredí na Internete. Je nástrojom vzdelávania a mobility, ktoré je praktické pre
samoštúdium. Patrí medzi interaktívne informačno-komunikačné služby, pri ktorých sa
využívajú moderné komunikačné prostriedky, výpočtová technika, internet a jeho
technológie a služby.
Podstatou e- learningu je individuálne vzdelávanie s podporou počítačov. Oproti iným
formám má využitie internetu množstvo výhod. V prvom rade je to mimoriadne rýchla
a efektívna forma komunikácie- poskytuje možnosť posielania textovej, obrazovej aj
zvukovej formy informácie prakticky v reálnom čase a za nízku cenu. Vytvára
priestor pre využívanie rôznych foriem učebných materiálov- texty, obrázky, animácie,
a audiozáznamy. Podporou vo vzdelávaní je využitie hypertextu, ktorý je typický pre
internetovú službu WWW. Hypertext umožňuje prepájať dokumenty pomocou
hypertextových odkazov, na ktoré môžeme kliknúť a tak sa dostaneme na inú stránku.
Tento spôsob vyučovania navyše vedie používateľa k zodpovednosti a sebadisciplíne.
Anonymné prostredie na internete pomáha prekonať zábrany a tým zlepšuje prístup
k informáciám. Veľkou výhodou poskytovania informácií prostredníctvom Internetu je
možnosť ich neustálej aktualizácie. [1]
Nástroje na realizáciu
Na zaistenie vyučovania pomocou e-learningu je treba zaistiť nástroje pre
distribúciu vzdelávacieho obsahu, nástroje pre komunikáciu medzi účastníkmi výučby,
vrátane systému spätnej väzby a interaktívnych prístupov k študijným materiálom
a nástroje pre riadenie a monitorovanie výučby a aktivít používateľov. Vyučovanie
samo o sebe potom môže prebiehať a byť pripravené prostredníctvom systémov
nazývaných Learning Managment System (LMS). Každý takýto systém by mal
pozostávať z nasledovných súčastí:
Vzdelávacia- Slúži na prezentáciu učiva, materiálov, informácií vzdelávacieho
charakteru spravidla dávkovaných v určitých množstvách, podpora prístupu ku
študijným materiálom a zdrojom.
-2-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Komunikačná- Slúži na komunikáciu medzi účastníkmi vyučovania vrátane systému
spätnej väzby pre tútorov.
Informačno-organizačná- Slúži na registráciu účastníkov kurzov, na podávanie
základných informácií (nástenky, termíny, hodnotenie práce používateľov), na
monitorovanie a vyhodnocovanie výsledkov používateľov. [1]
Výhody:
Flexibilita a dostupnosť- Užívatelia môžu prechádzať študijnými programami podľa
svojho tempa a na svojom mieste. Môžu pristupovať k svojmu vzdelávaniu
kedykoľvek a tak dlho, ako potrebujú.
Slobodná voľba platformy, prenositeľnosť- E- learning môže byť prístupný cez web
prehliadač na každej platforme. Vzdelávacie kurzy sa môžu doručiť na
ľubovoľný počítač cez internet alebo intranet bez nutnosti vytvárať programy pre
každú platformu zvlášť.
Nie príliš drahá široko dostupná distribúcia vzdelávania- Nie je potrebný žiadny
zložitý systém doručovania. E- learning je dostupný z ktoréhokoľvek počítača
kdekoľvek na svete.
Jednoduchá aktualizácia informácií- Ak sú po dokončení vzdelávacieho kurzu nutné
jeho úpravy, môžu byť vložené na server, kde sú programy zhromažďované
a komukoľvek na svete sú okamžite k dispozícii.
Bariéry:
Limitovaná prenosová kapacita- Obmedzenie prenosovej kapacity so sebou prináša
požiadavky na nízku kvalitu používaného zvuku, videa a pôsobivej grafiky. Sú to
prvky potrebné pre vzdelávací proces, ale zároveň zaťažujúce linky pri prenose. Tento
problém sa zvýrazňuje pri použití verejnej siete internetu.
Nie vždy dokážu počítače nahradiť ľudský faktor- Pri súčasnom stále rastúcom
využívaní počítačov v dennom živote je veľký dôraz kladený na to, aby používanie
počítačov a ich programov bolo čo možno najpriateľskejšie. [2]
-3-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
2.1 Multimediálny CBT kurz
Bežnou súčasťou každého počítača sa stali multimédia. Ich význam je v tom, že
nám dávajú možnosť jednoduchou a prístupnou formou získať informácie, zabaviť sa,
uľahčujú prácu s počítačom a dávajú možnosť interaktivity. Výhody a možnosti
multimediálnych prvkov využívajú aj CBT kurzy. CBT je skratkou z anglického
Computer Based Training, čo by sa dalo preložiť ako počítačom podporovaná výuka.
Vytvorenie multimediálnej aplikácie a teda aj CBT kurzu si vyžaduje použitie
správnych hardvérových a softvérových prostriedkov. V súčasnosti je k dispozícii
široké spektrum nástrojov určených na tvorbu multimediálnych aplikácií, z ktorých si
užívateľ môže vybrať.
Pri tvorbe CBT kurzov sa stretávame s nutnosťou pracovať s rôznymi
typmi multimediálnych prvkov, ktoré sú ich súčasťou. Medzi základné multimediálne
prvky patria:
- text
- obrázky
- zvuky
- animácie
- videosekvencie
Nástroje na vytvorenie CBT kurzov
Na tvorbu kurzov je možné použiť veľké množstvo rozmanitých aplikácií. Okrem
špecializovaných aplikácií určených prevažne na tvorbu učebných kurzov je možné
použiť aj programy určené na tvorbu a publikovanie multimediálneho obsahu
v prostredí internetu (Macromedia Flash, Macromedia Direktor,...) a samozrejme aj
editory na tvorbu webových stránok a aplikácií (napr. FrontPage,
Macromedia
Homesite, Dreamweaver) a v obmedzenej miere aj prezentačný softvér (Microsoft
Powerpoint,..). Jednotlivé programy sa líšia spôsobom tvorby multimediálneho
obsahu, jeho prezentáciou, možnosťami interaktivity a spätnej väzby výslednej
aplikácie, implementovaním štandardov a schopnosťou importu obsahu z rôznych
formátov.
-4-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
2.1.1 Postup pri vytváraní CBT kurzu
Definovanie potrebnej softvérovej podpory počítača
Hlavnými podmienkami pre správny chod CBT kurzu sú softvérová a hardvérová
podpora počítača. Programy, bez ktorého výučba CBT kurzu nie je možná sú:
- internetový prehliadač (napr. Internet Explore 5 a viac), ktorý je súčasťou
novších operačných - systémov (napr. Windovs 98/2000/NT/XP)
- nainštalovaný Java script
- prehrávač Flash player 4 a vyšší
Vzdelávací kurz poskytuje možnosť doinštalovať chýbajúce podporné
programy. Minimálne technické parametre potrebné na chod sú také nízke, že ich
spĺňajú takmer všetky počítače. S počítačmi s nižšími parametrami sa v praxi už
stretneme zriedkavo.
Obsah kurzu
Obsah vzdelávacieho kurzu určíme podľa toho o akú skupinu používateľov je
kurz tvorený. Keďže každý z danej skupiny používateľov má v danej oblasti rôzne
vedomosti, je potrebné aby bol materiál spracovaný nie príliš jednoducho, ale ani príliš
komplikovane.
Rozsah materiálov
Materiály, ktoré používam v CBT kurze sú rôzne: text, obrázky, animácie a fotky.
Všetky tieto materiály používame pre oveľa názornejšie vysvetlenie vzdelávacieho
kurzu. Sú vytvorené a upravované, aby výsledný kurz vo výslednej stránke pracoval
správne aj pri pomalom pripojení na Internet.
Schéma kurzu
Hlavná stránka je rozdelená na rozsiahlu primárnu oblasť a sekundárnu oblasť.
Sekundárna oblasť je umiestnená na okraji primárnej časti a obsahuje záhlavie,
hypertextové odkazy, prvky navigácie a tlačidlá. Tlačidlá umožňujú služby kurzu
(pomocník, obsah kapitol, použitá literatúra a zaujímavé odkazy).
Používanie multimediálnych prvkov
-5-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Počítač umožňuje multimediálne spracovanie a vytváranie vzdelávacích kurzov a
preto vzdelávanie pomocou počítača by nemalo byť zjednodušené na čítanie textov z
obrazovky. Množstvo textov je obmedzené na minimálnu úroveň ,dlhé pasáže textu,
matematické odvodenia sú umiestnené mimo hlavnej stránky cez odkazy. Kto sa chce
téme venovať obšírnejšie sú pri každej kapitole umiestnené odkazy na zaujímavé
stránky a použitá literatúra na tvorbu obsahu. V kurze som sa zameral na animácie,
ktoré dokážu viac upútať a vysvetliť daný problém, prípadne pri opätovnom prezeraní
kurzu neskôr si študent bez potreby znova čítať text po zhliadnutí animácie rýchle
pripomenie funkciu obvodu. Všetky animácie sú vytvorené v prostredí Macromedia
Flash MX.
Grafické prostredie
Pred samostatným spracovaním materiálov je treba definovať grafické prostredie,
ktoré by malo byť jednotné pre celý vzdelávací kurz a pri jeho tvorbe sa treba držať
typografických pravidiel.
Mnoho kurzov je vytvorených ako flashovská aplikácia, nevýhodou týchto kurzov je
pre užívateľa nové prostredie, nutnosť čítať manuál kvôli ovládaniu a preto mnohý
toto prostredie radšej opustia. Veľmi pútavé grafické znázornenie nie je vhodné pre
CBT kurz z dôvodu, že by odpútavala pozornosť od študovanej problematiky. Po
konzultácii z vedúcim diplomovej práce sme došli k záveru, že najlepšie pre môj CBT
kurz použijem dynamický HTML v kombinácii s flash animáciami.
Test štúdia
Umožňuje študujúcemu overiť si dosiaľ naštudované materiály. Tieto testy sa
nachádzajú za každou kapitolou formou testovacích otázok, na ktoré sme použili Java
script. Test funguje tak, že pri správnej odpovedi sa zobrazí na červeno a po patričnom
stlačení tlačítka sa zobrazí počet správnych odpovedí. Vo verzii kde nie je
podporovaní Java script sa zobrazia zakrúžkované správne odpovede.
2.1.2 Spôsob zdieľania kurzu
Prístup ku kurzu bude cez e-vzdelávanie Žilinskej univerzity pomocou systému
LMS Moodle, ktorý bol spustený 16.januára 2004 aj na našej univerzite prípadne po
stiahnutí aj priamo z osobného počítača.
-6-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Popis Moodle
Systém Moodle je LMS pracujúci v OS Linux. Neznamená to ale, že používatelia
OS Windows nebudú môcť so systémom pracovať. Pracovať s LMS Moodle môžu
všetci (študenti, učitelia, administrátori) prostredníctvom bežných internetových
prehliadačov. Pritom vôbec nemusíte vedieť pod akým OS pracuje LMS Moodle.
Linuxového administrátora budete potrebovať len na funkcie spojené so správou
systému.
Moodle poskytuje niekoľko prístupov bežných aj v iných LMS:
- študentský
- učiteľský
- administrátorský
Vzhľad stránky sa v jednotlivých prístupoch nelíši. Rozdiel je iba v ponúkaných
možnostiach a právach jednotlivých prístupov. Najmenšie možnosti a práva má
študentské konto, najväčšie možnosti a práva má administrátor. Každé nastavenie má
pri sebe ikonu pomocníka, ktorý podrobne vysvetľuje jednotlivé možnosti nastavenia
kurzu. Veľmi dôležitou súčasťou nastavení je formát kurzu. V súčasnosti sú možné tri
formáty kurzov. Formáty kurzov sú šablóny, ktoré určujú rozloženie jednotlivých
súčastí kurzu do menších celkov.
Moodle poskytuje nasledovné šablóny formátov kurzov:
- týždenný
- tematický
- spoločenský
Na našom e–learningovom portály s prostredím Moodle je nastavený týždenný formát,
lebo najviac pripomína vyučovací systém vysokých škôl.
Kurz môže obsahovať elektronické multimediálne prvky, ktoré sa dajú prezerať v
internetových prehliadačoch. To znamená, že môžete použiť všetky grafické, zvukové
a video súbory, ďalej flash animácie, dokumenty z wordu, www stránky a iné. Tieto
súbory si môžete uložiť na serveri pomocou nástroja Prenos súborov. V kurze môžete
-7-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
tiež robiť odkazy na www stránky iných serverov, na ktorých máte pripravené študijné
materiály.
Aktivity v kurze
Moodle poskytuje niekoľko aktivít, ktoré môžu byť pridávané do jednotlivých
týždňov podľa požiadaviek učiteľa:
-
Fórum je to diskusné fórum s rôznymi variantmi (jednoduchá diskusia na
jednu tému, všeobecné fórum pre všetkých, ...). Pomocou tejto aktivity sa
študenti môžu dozvedieť odpovede na svoje otázky (od učiteľa alebo od
svojich spolužiakov)
- Prieskum je to niekoľko typov dotazníkov
- Zdroj je to vlastne študijný materiál, z ktorého majú vaši študenti
študovať. Sú to dopredu pripravené materiály uložené na serveri, texty
napísané priamo v prostredí Moodle, alebo odkazy na www stránky so
študijnými materiálmi.
2.1.3 Nástroje na tvorbu kurzu
Kurz som realizoval pomocou dynamického HTML , čo je kombinácia klasického
HTML s inými technológiami. Využívam Java script, CSS a Macromedia Flash MX
na vytvorenie animácií a obrázkov vo formáte GIF.
Dynamické HTML
V skutočnosti sa nejedná o nejaký druh samotného HTML, ale spojenie HTML
s inými technológiami. Cieľom je poskytnúť užívateľovi väčšiu interaktivitu než akú
mu je schopné poskytnúť samotné HTML. Medzi technológie používané na tvorbu
dynamických HTML stránok patrí JavaScript, CSS a HTML 4.
HTML
Jazyk HTML (HyperText Markup Language) sa používa na kódovanie webových
dokumentov. HTML definuje vzhľad dokumentu a hypertextových odkazov. Môže byť
vytváraný a spracovávaný širokou škálou nástrojov. Jazyk HTML používa presne
-8-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
definovanú syntax príkazov (tagy), ktoré prehliadač nezobrazuje, ale ktoré mu hovoria
ako zobraziť obsah dokumentu (text, obrázky, atď.). Okrem toho poskytuje
interaktivitu dokumentu, pretože umožňuje vytvárať hypertextové odkazy, ktoré
prepájajú dokument s inými dokumentami. Syntax a sémantika jazyka HTML je
definovaná štandardom HTML. Vývoj štandardu HTML je riadený konzorciom W3C.
Jazyk ignoruje veľké a malé znaky. HTML je nezávislý na platforme, všetky príkazy
jazyka sú interpretované webovým prehliadačom (Internet Explorer, Mozilla, Opera...)
do výslednej podoby dokumentu. Veľa krát je výsledok rozdielny pri použití rôznych
prehliadačov.
Dokument typu HTML poskytuje priame zobrazovanie animovaných
obrázkov typu GIF, možnosť púšťať priamo Flash animácie. K hlavnej nevýhode patrí
nekompatibilita s rôznymi verziami internetových prehliadačov, rôznym rozlíšením
monitora a zobrazovaním niektorých špeciálnych znakov.
CSS
Kaskádne štýly CSS (Cascade Style Sheet) vznikli okolo roku 1997. Poskytujú
možnosť ako jednotlivým html značkám priradiť vzhľadové atribúty, (farba, šírka,
výška, typ písma, pozícia na stránke...). Veľmi výhodné je to pri väčšom webe
s viacerými stránkami ak požadujeme ich podobný vzhľad. Definícia štýlu je priamo
v hlavičke dokumentu , ale častejšie a efektívnejšie je uloženie štýlu v externom
súbore na ktorý je v dokumente odkaz. Tento štýl je potom možné používať viacerými
stránkami. Písmo je zadefinovane v CSS a použité je Arial, ak ho prehliadač
nepodporuje nahrá písmo Helvetica, prípadne Sans-serif. Veľkosť písma je tiež presne
zadefinovaná nie je ju možné v prehliadači Inernet Explorer meniť.
JavaScript
Najrozšírenejší skriptovací jazyk na strane klienta je JavaScript. Patrí do
kategórie prostriedkov dynamického webu na strane klienta, lebo na strane servera
nepredstavuje žiadnu dynamiku. Umožňuje vytvárať určitú dynamiku na strane klienta
bez účasti servera. JavaScript je jazyk interpretovaný a na svoje fungovanie potrebuje
prehliadač. Javascript dokáže riadiť správanie sa klientského prehliadača: ovplyvňovať
obsah dokumentu, pracovať s dialógovými oknami, kontrolovať formuláre a hodnoty
v ich poliach, pracovať s cookies, manipulovať s obrázkami. Jeho kód sa zapisuje
priamo do HTML kódu medzi špeciálne značky, alebo ho je možné umiestniť do
samostatného súboru.
-9-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Macromedia Flash MX
Flash je veľmi silný nástroj umožňujúci vytváranie pôsobivých animácií a iných
multimediálnych prvkov a ich umiestnenie na webové stránky. Obsahuje plnohodnotný
skriptovací
jazyk
ActionScript. Aj keď
Flash nie je primárne určený na
tvorbu
e-learningových kurzov, obsahuje podporu pre vytváranie vzdelávacieho obsahu
a testovanie znalostí používateľov (knižnica Learning Interactions). Základom
vytváraného programu je časová os, na ktorú sa ukladajú jednotlivé súčasti obsahu.
Každý dokument obsahuje knižnicu symbolov, ktorá je jeho súčasťou. Existujú tri typy
symbolov (movie clip, button a graphic), ktoré môžu reagovať na
preddefinované udalosti. Výhodou použitia symbolov je úspora miesta a možnosť
súčasnej editácie všetkých inštancií určitého symbolu prostredníctvom editácie
symbolu v knižnici.
Program obsahuje kvalitné možnosti tvorby vektorovej grafiky, nástroje na
manipuláciu so zvukmi a videom. [3]
2.1.4 Dizajn kurzu
Dizajn kurzu sa zaoberá vzhľadom, formou a podobou zobrazovania. Súčasný
dizajn zahrňuje aj prácu s multimédiami (audio, video, interaktívne prvky). Bez
ohľadu na to, aký jednoduchý dizajn stránky môže byť, platia určité zásady, ktoré
musia byť dodržané.
a) Sústrediť sa na hlavné body a ciele vyučovania, zdôrazniť základné informácie
a umožniť ich ľahké vyhľadávanie.
Kurz je písaný stručne, doplnkové informácie sú uvedené v hypertextových
odkazoch. Každá kapitola obsahuje zoznam zaujímavých odkazov na internete
zaoberajúcich sa problematikou, ktorá je obsiahnutá v kapitole.
b) Vyhnúť sa zrakovej únave - treba vybrať dizajn a štruktúru kurzu tak, aby ani pri
rozsiahlom počte stránok neunavovala oči a myseľ.
-10-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Ovládacie menu je tvorené z odtieňov modrej farby, text a obrázky sú umiestnené
na bielom pozadí, aby čo najmenej zaťažovali oči. Celkovo kurz pôsobí veľmi
pokojným dojmom.
c) Dizajn musí byť navrhnutý tak, aby spĺňal hlavnú podstatu kurzu - vzdelávať, nie
uchvátiť. Uprednostniť stručnosť, zreteľnosť a jednoduchosť, ktoré vystihnú podstatu
veci pred náročnými efektmi, ktoré môžu odpútať pozornosť od dôležitých pojmov.
V rámci tejto skutočnosti som nerealizoval menu ako flashovú aplikáciu. Menu
síce ako prvé zaujme užívateľa, ale po určitej dobe môže odpútavať
pozornosť.
Rovnako som nevytváral efekty, ktoré nesúvisia s výučbou. Flash som však použil na
tvorbu animácií, ktorými som sa snažil vysvetliť jednotlivé obrázky. V prípade, že
užívateľa kurzu tieto animácie nezaujmú, môže si pozrieť verziu bez animácií
(animácie sú nahradené obrázkami).
d) Dizajn navrhovať na prezeranie a prehľadávanie. Čitateľ zväčša prezrie stránku,
preskakuje dlhé pasáže textu, než by ich mal postupne čítať. Preto je dôležité hlavné
body záujmu robiť tak, aby boli rýchlo a spoľahlivo dostupné.
Kvôli jednoduchej orientácii sa kapitola roluje. Z dôvodu zbytočného rolovania pri
vracaní sa na ovládacie prvky, boli použité rámy. [3]
Písmo
Je zadefinované pre celý kurz v CSS. V prípade potreby vykonať zmenu písma
ho stačí zmeniť vo vonkajšom súbore a zmeny sa prevedú na celý dokument. Použité
písmo je Arial. V prípade, že prehliadač toto písmo nepozná, nahrá písmo Helvetica,
prípadne
Sans-serif. Pre rozlíšenie obrazovky 800x600 bodov sa nahrá iný CSS
s optimálnym písmom. Veľkosť písma je pevne zadefinovaná a v prehliadači Internet
Explorer ju nie je možné meniť. Je to z dôvodu, že nie každý prehliadač má veľkosť
písma nastavenú ako stredné písmo. V kapitolách sú použité aj vzorce, ktoré sú
ukladané ako obrázky GIF a pri inej veľkosti písma by tieto vzorce neboli úmerné
veľkosti textu. Text je zarovnávaný ako justify. Kurz obsahuje aj dolné indexy, z toho
dôvodu je v CSS zadefinovaná tiež veľkosť riadku. Symboly boli najskôr vkladané tak,
že CSS nahral písmo symbol. Toto písmo síce poznal Internet Explorer, ale Netscape
ho nepoznal a vkladal náhradné písmo Arial. Symboly som preto začal vkladať ako
entity. Až na pár špeciálnych znakových entit ich všetky prehliadače (použité pri
-11-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
testovaní)
poznali. V prípade, že daný špeciálny symbol niektorý z prehliadačov
nepozná, Java Script zabezpečí vloženie symbolu ako obrázku.
Obrázky a animácie
Všetky obrázky a animácie boli realizované v programe Macromedia Flash
MX. Obrázky boli uložené vo formáte GIF. Predmet, ktorý je v pohybe, najviac upúta
pozornosť. Animácia v multimédiach však nepomáha len na upútanie, ale slúži aj ako
prostriedok, ktorý nesie informáciu. Dobre navrhnutá animácia dokáže viac osloviť
a zaujať ako obrázok či statický text. S animáciami však treba pracovať veľmi opatrne,
aby miesto prinášania informácie
nepôsobili skôr rušivo a neodrádzali užívateľa.
V prípade, že užívateľ nemá nainštalovaný flash-plugin, JavaScript nahrá náhradný
GIF obrázok, ktorý je vytvorený ku každej animácií. Ak niekoho animácie
nezaujmú, môže si pozrieť
náhradnú verziu, kde sú miesto animácií zobrazené
obrázky.
-12-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
3 CBT KURZ
CBT kurz sa skladá z nasledujúcich kapitol:
1. REKAPITULÁCIA FYZIKÁLNYCH POZNATKOV O POLOVODIČOCH A PN
PRIECHODE
2. POLOVODIČOVÉ DIÓDY
3. BIPOLÁRNE TRANZISTORY
4. TRANZISTORY OVLÁDANÉ ELEKTRICKÝM POĽOM
5. ZÁKLADNÉ OBVODY S BIPOLÁRNYMI TRANZISTORMI
6. NAPÄŤOVÁ A PRÚDOVÁ SPÄTNÁ VÄZBA
7. VIACSTUPŇOVÉ A KOMBINOVANÉ ZOSILŇOVAČE
8. VÝKONOVÉ ZOSILŇOVAČE
9. DIFERENČNÉ ZOSILŇOVAČE
10. OPERAČNÉ ZOSILŇOVAČE
11. VIACVRSTVOVÉ SPÍNACIE SÚČIASTKY
12. OPTOELEKTRONICKÉ SÚČIASTKY
13. TRANZISTOROVÉ SPÍNAČE
14. NAPÁJACIE ZDROJE
15. LOGICKÉ OBVODY
16. ANALÓGOVÉ SPÍNAČE A MULTIPLEXORY
17. PREKLÁPACIE OBVODY
18. ČÍSLICOVO-ANALOGOVÉ A ANALOGOVO-ČÍSLICOVÉ PREVODNÍKY
19. PROGRAMOVATEĽNÉ LOGICKÉ SÚČIASTKY
20. POLOVODIČOVÉ PAMÄTE
21. ÚVOD K MIKROPROCESOROM A MIKROPOČÍTAČOM
22. SPOĽAHLIVOSŤ ELEKTRONICKÝCH SÚČIASTOK A OBVODOV
23. ELEKTROMAGNETICKÁ KOMPATIBILITA
24. PRINCÍPY ELEKTRÓNIEK
Mojou úlohou bolo spracovanie troch kapitol, ktoré mi navrhol vedúci diplomovej
práce. Z dôvodu zachovania číslovania kapitol aké bolo použité pre CBT kurz, som sa po
vzájomnej dohode s vedúcim diplomovej práce rozhodol, že toto číslovanie sa ponechá
a celá tlačená podoba sa orientuje na štruktúru, aká sa použila v kurze.
-13-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
3.2 Diódy
Diódy sú elektronické súčiastky, ktoré majú dve elektródy. Vo väčšine prípadov pri
jednej polarite prepúšťajú elektrický prúd a pre opačnú polaritu bránia jeho prechodu.
Energetická bariéra potrebná k dosiahnutiu tohto účinku vzniká v pevných látkach pri
spojení dvoch oblastí rôznych vlastností. Priložením napätia vhodnej polarity môžeme
túto bariéru znížiť alebo opačnou polaritou zvýšiť. Najvyužívanejšími bariérami sú P-N
prechod a prechod kov – polovodič. Diódy majú rôzne elektronické vlastnosti.
[2.1],[2.4],[2.7],[2.8]
Obr.3.2.1 Rôzne druhy diód.
3.2.1 Dióda s P-N prechodom
K P-N prechodu pridáme kontakty, na ktoré privedieme vonkajšie napätie.
Nakontaktovanú oblasť P a N budeme nazývať anóda, resp. katóda a vzniknutú súčiastku
dióda. Fermiho hladina je všade rovnaká ( Wp (x) = konst.), preto bez priloženého napätia
neprechádza diódou prúd.
3.2.1.1 Priepustný smer
Ak privedieme na anódu kladné vonkajšie napätie Uext oproti katóde, zmení sa
pôvodný pásmový diagram z čiarkovaného na tučné (obr.3.2.2). Táto polarita napätia sa
nazýva priepustné napätie. Priliehajúca časť volt- ampérovej charakteristiky sa nazýva
priepustný smer, niekedy tiež forward direction.[2.4],[2.1]
-14-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Obr.3.2.2 Priepustný smer ideálneho P-N prechodu.
3.2.1.2 Záverný smer
Ak priložíme záporné vonkajšie napätie na anódu oproti katóde, zmení sa pôvodný
pásmový diagram z čiarkovaného na tučné podľa obr.3.2.3. Táto polarita priloženého
napätia sa nazýva záverné napätie a odpovedajúca časť volt– ampérovej charakteristiky sa
volá záverný smer z anglického pojmu reverse direction. [2.4],[2.1]
Obr.3.2.3 Záverný smer ideálneho P-N prechodu.
-15-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
3.2.1.3 Volt –ampérová charakteristika ideálneho P –N prechodu
W. Shockley (1950) formuloval veľkosť prúdu, ktorý tečie cez P-N prechod.
Shockleyova (usmerňovacia) rovnica bola odvodená z rovnice kontinuity za určitých
predpokladov.
  e.U  
I = I0 .exp
 − 1 ,
  k.T  
(3.2.1)
kde I0 je nasýtený (saturačný) prúd tečúci diódou v závernom smere; jeho veľkosť závisí
od veľkosti záverného napätia, zväčšuje sa však s teplotou. Pre Si diódy je pri +20 ˚C, I0
=10nA a pri zvýšení teploty +8°C sa zdvojnásobuje.Rovnica sa dá napísať aj nasledovne:
  U  
 − 1 ,
I = I0 .exp
U
T
 
 
(3.2.2)
kde UT je tzv. „teplotné napätie“, pričom UT = kT/e; je to napätie, ktoré elektrónu udelí
rovnakú energiu, ako je k.T (= e.UT ), niekedy býva UT nazývané ako „Boltzmannovo
napätie“. Veľkosť UT pri 20 ˚C je 0,025 V (25mV). [2.2]
Obr.3.2.4 Volt - ampérová charakteristika ideálneho P –N prechodu
-16-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
3.2.1.4 Charakteristiky diód s P-N prechodom
V reálnej dióde sa ešte okrem P-N prechodu nachádzajú aj oblasť P a N, ktoré majú
určitý nezanedbateľný odpor pri sčítaní s odporom kontaktov a prívodov nazývaný RS .
Tento odpor RS má veľkú úlohu pri prietoku veľkého prúdu, to znamená v priepustnom
smere. Tým sa zmení ideálna V-A charakteristika diódy D na reálnu charakteristiku
sériového zapojenia diódy a jej odporu D+ RS.
Obr.3.2.5 Sčítaním V-A charakteristiky sériového odporu a ideálnej diódy dostaneme VA charakteristiku reálnej diódy.
V závernom smere reálnej diódy sa vplyvom vysokého priloženého napätia pripočíta ku
saturačnému prúdu aj zvodový prúd vznikajúci tepelným generovaním v širokom OPN.
K tomuto javu dochádza hlavne tam, kde P-N prechod vystupuje na povrch diódy. Preto
sa požaduje vysoká kvalita povrchu pred nečistotami. V objemovej časti OPN môže
vznikať ďalšia nežiadúca zložka prúdu, ktorá vzniká tepelným generovaním
v nečistotách. Týmito vplyvmi nastáva rozdiel medzi oveľa vyššou hodnotou záverného
prúdu (niekedy až rádovo) a hodnotou saturačného prúdu I0 ideálneho prechodu P-N.
-17-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Obr.3.2.6 Závislosť prierazného napätia od koncentrácie donorov v reálnej dióde
V-A charakteristika reálnej diódy v závernom smere je obmedzená elektrickým
(napäťovým) prierazom. Pri určitej hodnote napätia danej konštrukcie diódy môže nastať
buď Zenerov stav ako dôsledok tunelovania nosičov úzkou energetickou bariérou tenkého
P-N prechodu, alebo lavínový jav ako dôsledok nárazovej ionizácie. To vedie ku vzniku
prierazného napätia UBR (BReakdown) alebo Zenerové napätie UZ, ktoré sa prejavuje
strmým nárastom prúdu.[2.4]
3.2.1.5 Lavínový jav
Z dôvodu veľkého odporu OPN oproti zvyšku diódy sa na nej rozloží väčšina
priloženého napätia a s rastúcim záverným napätím sa rozširuje OPN a zvyšuje sa v nej
intenzita elektrického poľa E. Pri napätí blížiacom sa UBR, elektrón urýchľovaný veľkým
poľom získava na vzdialenosti kratšej, ako je stredná voľná dráha l takú energiu, že
dokáže pri zrážkach s atómami mriežky vyraziť valenčný elektrón. Vzniká tzv. nárazová
ionizácia a dochádza k párovaniu elektrónov a dier (obr.3.2.8). Dochádza k ďalším
kolíziám, pretože narazený a generovaný elektrón sa pohybuje ďalej a opäť si dobíja
energiu. Zvyšujúci prúd diódy majú na svedomí novo vznikajúce elektróny a diery, ktoré
sa pohybujú v navzájom opačnom smere daným elektrickým poľom E. Pri dosiahnutí UBR
dôjde k lavínovému nárastu nárazovej ionizácie podľa obr.3.2.7, kde počet generovaných
párov rastie geometrickým rádom aj bez ďalšieho zvyšovania napätia. Veľká výkonová
-18-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
strata môže zničiť diódu, ak je na dióde veľké napätie a zároveň, ak nie je prúd diódou
obmedzený
a dôjde
k nárastu
prúdu
nad
možnú
technickú
hranicu.
Obr.3.2.7 Ku lavínovému javu dochádza na záverne polarizovanej dióde pri dosiahnutí
prierazného napätia.
Hodnota UBR je závislá na koncentráciách ND a NA, na čo poukazuje obr.3.2.6.
Pri zvyšovaní teploty sa rozkmit atómov mriežky od uzlových polôh zväčšuje a zároveň
rastie aj pravdepodobnosť rozptylu elektrónov na atómoch a stredná voľná dráha klesá.
Energie potrebnú pre nárazovú ionizáciu musia elektróny a diery získavať na kratšej
dráhe, ale nato potrebujú vyššie urýchľovacie napätie (UBR rastie s teplotou). Teplotný
koeficient je kladný, pretože existencia UBR priamo súvisí s lavínovým javom.
[2.4],[2.5],[2.6]
3.2.1.6 Tunelový jav
V klasickej fyzike nie je možné z principiálneho hľadiska, aby častice s kinetickou
energiou nižšou ako je výška potenciálovej bariéry túto bariéru prekonala – dokážu sa
jedine od nej odraziť. Je však rozdiel, ak hovoríme o kvantovej mechanike. Častica má aj
napriek tomu, že má energiu nedostatočne veľkú na prechod cez bariéru, má určitú
pravdepodobnosť na jej prekonanie. Naopak, častice s energiou väčšou ako je výška
bariéry túto bariéru obecne prekonať nemusí. Tento jav sa nazýva tunelový jav. Vzniká
pri koncentráciách ND a NA, ktoré sú rádovo okolo hodnôt 1024m-3 a viac, čo znamená, že
P-N prechod je veľmi úzky.
-19-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Obr.3.2.8 Generovanie páru elektrón –diera pri nárazovej ionizácii a pri tunelovom jave.
Ak máme diódu polarizovaná v závernom smere je bariérou šírka zakázaného pásma.
Cez ňu môžu prechádzať valenčné elektróny z valenčného pásma polovodiča P na voľné
energetické hladiny vo vodivostnom pásme polovodiča N– dochádza ku generovaniu
párov elektrón– diera (obr.3.2.8), čo spôsobuje zvýšenie záverného prúdu. Keďže šírka
zakázaného pásma klesá s rastúcou teplotou, je teplotný koeficient Zenerovho napätia
záporný. [2.4],[2.5],[2.6]
3.2.1.7 Parametre diód
Pri určitom napätí dochádza na V–A charakteristike ku kolmému zvýšeniu prúdu
v oboch smeroch. Toto napätie nazývané prahovým je dané podľa použitého polovodiča
(obr.3.2.9).
Obr.3.2.9 Pri dodržaní hraničných parametrov nedôjde k poruche diódy.
-20-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Nárast prúdu spôsobuje výkonovú stratu, ktorá sa mení na teplo. Aby
nedošlo
k tepelnému preťaženiu, sú pre každú diódu výrobcom stanovené hraničné parametre:
-
IFAV (Forward AVerage) - maximálna povolená stredná hodnota prúdu
-
IFSM (Forward Surge Maximum) - maximálny povolený impulzný (nárazový) prúd
-
URRM (Reverse Repetitive Maximum) – maximálne opakovateľné záverné napätie
-
URSM (Reverse Surge Maximum) – maximálne neopakovateľné záverné napätie
Schopnosť odvádzať teplo z akejkoľvek súčiastky je daná puzdrom.
Okrem hraničných parametrov
zaručujúcich bezporuchový stav sa udávajú ešte aj
parametre, ktoré zaručujú užitočné vlastnosti diód. Nazývajú sa charakteristické
parametre:
-
doba záverného zotavenia trr (Reverse Recovery) – túto dobu zobrazuje
obr.3.2.10
Obr.3.2.10 Dióda sa stáva nevodivou až po uplynutí doby záverného zotavenia.
-21-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Čím väčší je prúd diódy v priepustnom smere IF pred komutáciou, tým väčší je náboj
záverného zotavenia Qrr a tým dlhší je čas trr .
-
doba priepustného zotavenia tfr (Forward Recovery) – táto doba je nezanedbateľná
(rádovo µs) u výkonových diód (obr.3.2.11)
Obr.3.2.11 Proces priepustného zotavenia pri spínaní výkonovej diódy.
Parametre tfr a trr charakterizujú rýchlosť diódy pre aplikácie veľkých signálov. Pre prípad
malých signálov charakterizujeme diódu pomocou impedancie skladajúcej sa z paralelnej
kombinácie diferenciálneho odporu a kapacity diódy. Hodnota diferenciálneho odporu je
daná z V-A charakteristiky v pracovnom bode. Pre hodnotu kapacity diódy je potrebné
rozlišovať medzi priepustným a záverným smerom (obr.3.2.12). [2.4],[2.5],[2.6],[2.3]
Obr.3.2.12 Barierová (difúzna) kapacita diódy v oboch smeroch.
-22-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
3.2.1.8 Typy diód
Usmerňovacie diódy
–
využíva ventilového účinku P-N prechodu k usmerňovaniu striedavých prúdov
(do desiatok kHz)
–
ND = NA < 1025m-3 (obr.3.2.15)
–
pomocou zmeny rozmerov diódy môžeme spracovať veľké výkony
–
technologickými postupmi pri výrobe sú difúzia a iontová implementácia
–
nevýhodou je dlhá doba trr
–
dióda P-i-N predstavuje veľmi rozšírené konštrukčné usporiadanie (obr.3.2.13).
P-i-N dióda je v priepustnom smere zaplavovaná nábojom v smere od anódy aj
katódy ,preto je na nej malý úbytok napätia aj pri veľkej šírke oblasti N
potrebné
pre dosiahnutie veľkého napätia UBR .
Obr.3.2.13 P-i-N dióda.
Vysokofrekvenčné alebo signálové diódy
-
nemôžu spracovať veľké výkony, pretože parazitná kapacita diódy je úmerná jej
ploche
-
pre oblasti od stoviek MHz sa používajú hrotové diódy, u ktorých je P-N prechod
tvorený prúdovým impulzom v oblasti bodového kontaktu
Zenerová dióda
-23-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
-
využíva koleno na závernej V-A charakteristike pre stabilizáciu napätia
-
ND = NA ≈ 1025m-3 (obr.3.2.15)
-
vyrábajú sa diódy s odstupňovaným UZ v rozsahu 2 až 400V a so stratovým
výkonom od 100mW do jednotiek W
-
potrebný malý sériový odpor dosiahneme veľkým prierezom prívodov
-
stabilizácia by mala byť teplotne nezávislá, preto je dôležitý teplotný koeficient
UZ (obr.3.2.14)
Obr.3.2.14 Teplotné koeficienty UZ Zenerovej diódy.
Varikap
-
využíva barierovú kapacitu a jej zmenu s priloženým záverným napätím
-
ak je malá amplitúda napätia vf signálu, tak zmena kapacity je malá a prakticky
lineárna
-
hodnota kapacity je nastavená dobre stabilizovaným jednosmerným napätím
-
používa sa na dolaďovanie rezonančných obvodov v rozhlasových a televíznych
prijímačoch
-
sériový odpor má hodnoty desatín Ω až 1Ω
Varistor
-
ak je amplitúda napätia vf signálu, tak sa kapacita mení výrazne a chová sa
ako nelineárny kapacitor so vznikom vyšších harmonických
-
použitie v násobičoch frekvencie až do rádu GHz
Tunelová dióda
-
uplatnenie tunelového javu
-
ND = NA >> 1025m-3 (obr.3.2.15)
-24-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
-
vznik záporného diferenciálneho odporu, ktorý spôsobuje elektrickú nestabilitu
využívajúcu na generovanie harmonického signálu v oscilátoroch
-
v praxi sa však s tunelovou diódou nestretneme
[2.4],[2.5],[2.6]
Obr.3.2.15 Závislosť prierazného a prahového napätia od rastúcej dotácie ND
a NA.
3.2.2 Diódy s prechodom kov- polovodič
Na obr.3.2.16 sú uvedené ideálne pásové modely kovu a polovodiča typu N, ktoré
sú od seba oddelené hladinou vákua (referenčná hladina). Ak chceme, aby došlo ku
uvoľneniu elektrónu z kovu do vákua musíme mu dodať výstupnú prácu e.Φm. Je to práca
definovaná ako rozdiel energie hladiny vákua a Fermiho hladiny. Rovnakým spôsobom
dostaneme výstupnú prácu polovodiča e.Φs. Dôležitým parametrom je aj elektrónová
afinita e.χ, ktorá je definovaná ako energetickým rozdielom medzi dnom vodivostného
pásma WC a hladinou vákua a udáva veľkosť afinity elektrónu k atómu. Tieto parametre
závisia od materiálu (tab.3.2.1). Reálne je kov v priamom styku s polovodičom.
[2.4],[2.1],[2.5]
-25-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Tabuľka 3.2.1 Výstupná práca e.Φm a elektrónová afinita e.χ niektorých materiálov.
Obr.3.2.16 Ideálny pásmový model kovu a polovodiča oddelených vákuom.
3.2.2.1 Priepustný smer
Priložením kladného napätia Uext na kov vzhľadom k polovodiču je prechod
polarizovaný v priepustnom smere (obr.3.2.17) môže ním tiecť veľký priepustný prúd IF
tvorený elektrónmi z vodivostného pásma. Kov sa chová ako anóda a polovodič typu N sa
chová ako katóda. Pomer koncentrácie dier a elektrónov v polovodiči pN /nN je väčšinou
veľmi malý a prúd minoritných dier nie je nutné brať v úvahu. [2.3],[2.1],[2.4]
Obr.3.2.17 Priepustný a záverný smer ideálneho prechodu kov – polovodič N.
-26-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
3.2.2.2 Záverný smer
Priložením záporného napätia Uext na kov vzhľadom k polovodiču je prechod
polarizovaný v závernom smere (obr.3.2.17) a tečie ním len veľmi malý prúd, oproti
priepustnému smeru zanedbateľný záverný prúd IR. Existenciou potenciálovej bariéry
vzniká na prechode schopnosť usmerňovať prúd. Podľa W. Schottkyho sa nazýva táto
bariéra ako Schottkyho bariéra a súčiastka využívajúca túto schopnosť sa nazýva
Schottkyho dióda. [2.3],[2.1],[2.4]
3.2.2.3 Volt– ampérová charakteristika ideálneho prechodu kov- polovodič
Sčítaním prúdových hustôt elektrónov tečúcich z polovodiča do kovu a naopak
získavame V- A charakteristiku ideálneho prechodu kov - polovodič N.
Výsledkom odvodenia je závislosť
 e.U 
 − e.Φ Bn   e.U 
J = I0 .exp
− 1 = A* .T 2 .exp
− 1 ,
.
 k.T 
 k.T   k.T 
(3.2.3)
kde A* je efektívna Richardsonova konštanta, ktorú možno vyjadriť A* = 4Π.e.mn.k2/h3.
Tu je mn efektívna hmotnosť elektrónu, k je Boltzmannova konštanta k = 1,38.10-23 J/K
a h = 6,62.10-34 J.s je Planckova konštanta. Vynásobením rovnice (2.3) plochou prechodu
S, dostaneme závislosť prúdu od napätia ideálneho prechodu kov- polovodič
 e.U 
 − e.ΦBn   e.U 
I = I0 .exp
− 1 = A* .T 2 .S2 .exp
− 1
.
 k.T 
 k.T   k.T 
.
(3.2.4)
Hlavný rozdiel vo V- A charakteristikách medzi P-N prechodom a Schottkyho diódou je
spôsobený tým, že pri P-N prechode je vznik priepustného prúdu
určený injekciou
minoritných nosičov cez bariéru a pri Schottkyho dióde naopak emisiou majoritných
nosičov cez bariéru. Vzniká tu kvalitatívny aj kvantitatívny rozdiel vo výraze I0
(obr.3.2.18). [2.4]
-27-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Obr.3.2.18 V-A charakteristika ideálnej Schottkyho diódy sa líši od diódy s P-N
prechodom.
3.2.2.4 Vlastnosti a parametre diód s prechodom kov- polovodič
Zásadné vplyvy, ktoré sa nenachádzajú u P- N prechodu, je existencia nežiadúcich
nečistôt na rozhraní kov- polovodič, tzv. povrchové stavy, a znižovanie energetickej
bariéry e.ΦBn s rastúcim elektrickým poľom prechodu, tzv. Schottkyho jav.
Konštrukcia typickej Schottkyho diódy v jednorozmernom zjednodušení poukazuje
obr.3.2.19. Východzia doštička má veľkú vodivosť (N+), aby nespôsobovala veľký
sériový odpor a tvorila dobrý ohmický kontakt pre vývod katódy. Na tejto doštičke je
vytvorená epitaxná vrstva rovnakej veľkosti, ale o niekoľko rádov nižšiu dotáciu, aby
došlo k vytvoreniu usmerňujúceho kontaktu. Čím je hrúbka tejto vrstvy väčšia, tým
väčšie je prierazné napätie, ale tiež sériový odpor.
Definície hraničných parametrov Schottkyho diód sú zhodné definíciami diód s P-N
prechodom. Zotavovacie doby tfr a trr u Schottkyho diód neexistujú. [2.4],[2.5],[2.6]
Obr.3.2.19 Schottkyho dióda jednorozmerne.
-28-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
3.2.3 Hypertextové odkazy
< priepustný smer >
Vplyvom vonkajšieho napätia Uext
dochádza ku zníženiu energetickej bariéry
z hodnoty e.UD na e.(UD - Uext) a zúženie OPN. Znížením energetickej bariéry vzniká
injekcia dier do oblasti N. V oblasti N sa injektované diery stanú minoritnými a na určitej
vzdialenosti zrekombinujú s majoritnými elektrónmi, ktoré pritekajú v opačnom smere
a ktorých je rádovo viac. Koncentrácia dier v smere do polovodiča typu N bude teda
ubúdať so vzdialenosťou od prechodu a kvôli vzniknutému koncentračnému gradientu sa
budú diery ďalej pohybovať difúziou. Prúd dier, ktoré zrekombinovali v oblasti N
s elektrónmi je preberaný prúdom elektrónov pritekajúcich v opačnom smere.
Analogickým spôsobom prebieha transport elektrónov vo vodivostnom pásme,
avšak opačným smerom. Celkový prúd je tvorený súčtom prúdov elektrónov a dier.
Keďže P-N prechod pri tejto polarite vonkajšieho napätia prepúšťa veľké množstvo
elektrónov a dier, tečie diódou veľký prúd.
< záverný smer >
Súhlasné pôsobenie vonkajšieho napätia Uext a difúzneho napätia UD spôsobí
zvýšenie energetickej bariéry z hodnoty e.UD na hodnotu e.(UD + Uext) a rozšírenie OPN.
Vo valenčnom pásme ostávajú majoritné diery, pretože sa nemôžu dostať cez vysokú
energetickú bariéru. Minoritné diery nachádzajúce sa vo valenčnom pásme nemajú
problém prejsť cez P-N prechod (zostúpiť do nižšej energetickej hladiny), pretože Uext na
nich pôsobí ako priepustné. Tieto diery
v blízkosti P-N prechodu budú vplyvom
vzniknutého rozloženia potenciálu extrahované a prejdú z oblasti N do P. Keďže
koncentrácia minoritných nosičov je veľmi malá, tak aj vzniknutý prúd je veľmi malý. Pri
izbovej teplote a nižšej môžeme hovoriť, že prechodom prakticky netečie prúd. Pri tejto
polarite vonkajšieho napätia sa uzatvára prietok elektrónov a dier.
< doba záverného zotavenia trr >
Udáva čas, za ktorý sa dokáže dióda prepnúť z priepustného do záverného smeru
a blokovať prechod prúdu. Ukazuje priebehy napätia a prúdu pri komutácii napätia na
dióde, t.j. pri prepnutí zo zdroja kladného napätia UF na záporné napätie UR v čase t = 0.
< doba priepustného zotavenia tfr >
-29-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
je definovaná časovým okamžikom, v ktorom priepustné napätie dosiahne 10%
svojej hodnoty a okamžikom, kedy dosiahne celú hodnotu priepustného napätia. Po
privedení prúdu na diódu vzniká špička priepustného napätia Ufr , ktorá potom klesne na
hodnotu UF.
< kapacity diódy >
Kapacita Cdif je príčinou vzniku kapacity diódy v priepustnom smere. Cdif je
definovaná zmenou náboja minoritných nosičov so zmenou napätia diódy. Ak sa má
periodicky meniť na dióde napätie v priepustnom smere z 0,69 na 0,7 V a späť, musí sa
meniť koncentrácia difundujúcich minoritných elektrónov a dier. Keďže
kapacita sa rastie do vysokých hodnôt, obmedzuje tým šírku frekvenčného pásma diódy.
Keďže energetická bariéra oddeľuje od seba nepohyblivé polarizované ionizované donory
a akceptory, umožňuje tak vznik barierovej kapacite Cbar, ktorú môžeme odvodiť zo
zväčšovania (zmenšovania ) hrúbky OPN s rastúcim (klesajúcim) napätím.
< kov v priamom styku s polovodičom >
Ak bude kov v priamom styku s polovodičom, tak dôjde k nutnej termodynamickej
rovnováhe, v ktorej úroveň Fermiho hladiny pre kov aj polovodič rovnaká. To nastane
iba, ak elektróny z polovodiča prejdú do kovu. Po nich ostanú v polovodiči typu N
nepohyblivé ionizované donory a ich kladný náboj vytvorí oblasť priestorového náboja
OPN s vysokou intenzitou elektrického poľa E a rozloženým potenciálom.
Obr.3.2.20 Na prechode kov –polovodič vzniká oblasť priestorového náboja s vysokou
intenzitou elektrického poľa.
-30-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
< Pomer koncentrácie dier a elektrónov v polovodiči >
Obr.3.2.21 Koncentrácia majoritných elektrónov pN je vždy o niekoľko rádovo
vyšší ako koncentrácia minoritných dier nN.
< povrchové stavy >
Vznikajú pri nanášaní
vrstvy kovu na polovodič pri výrobe prechodu kov-
polovodič. Na povrchu sú voľné väzby valenčných elektrónov a na ne naviazané
štrukturálne a chemické poruchy. Príkladom je rýchlo vznikajúca tenká vrstva SiO2. To
spôsobuje, že výška bariéry sa líši od teoretickej hodnoty. Presnú hodnotu výšky bariéry
môžeme získať jedine meraním.
< Schottkyho jav >
Vzniká tím, že záporný elektrón v polovodiči indukuje na povrchu kovu rovnako
veľký kladný náboj. Znižovanie bariéry e.ΦBn o hodnotu e.∆Φ spôsobuje superpozícia
elektrického poľa OPN a príťažlivej coulombovej sily medzi elektrónom a zrkadlovým
nábojom. Vo V- A charakteristike sa to prejaví zmenou I0
 e. U 
 − e . ΦBn   e . U 
 e . ∆Φ  .
I = I0 . exp
− 1 = A* . T 2 .S2 . exp
− 1. exp
.

 k .T 
 k .T   k .T 
 k .T 
(3.2.5)
Zníženie bariéry e.∆Φ je väčšie, čím je väčšia intenzita poľa E, čo sa prejavuje najviac
v závernom smere, kde je pole v OPN veľké. Výsledkom je podstatné zvýšenie záverného
prúdu, ktoré sa zvyšuje aj s teplotou, takže odolnosť Schottkyho diódy oproti dióde s P- N
prechodom je v závernom smere oveľa horšia.
-31-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
3.2.4 Testovanie vedomostí
1. Čo spôsobí u ideálnej diódy v závernom smere vznik prierazného napätia UBR
a Zenerové napätie UZ?
a) strmý nárast prúdu
b) poškodenie diódy
c) strmý pokles prúdu
2.
Ako sa nazýva napätie, ktoré spôsobuje vo V-A charakteristike kolmé
zvýšenie prúdu v oboch smeroch?
a) priepustné
b) prierazné
c) prahové
3. Čoho značkou je IFAV?
a) maximálny povolený impulzný prúd
b) maximálna povolená stredná hodnota prúdu
c) maximálny efektívny priepustný prúd
4. Hraničné parametre pre diódy s P-N prechodom sú:
a) IFAV, IFSM, trr, tfr.
b) IFAV, IFSM, URRM.
c) URRM, URSM, trr, tfr.
d) IFAV, IFSM, URRM, URSM.
5. Doba priepustného zotavenia tfr je nezanedbateľná u :
a) usmerňovacích diód.
b) výkonových diód.
c) laserových diód.
c) tunelových diód.
6. Dióda P-i-N patrí medzi :
-32-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
a) usmerňovacie diódy.
b) tunelové diódy.
c) výkonové diódy.
7. Čo je dôležité u Zenerovej diódy, aby jej stabilizácia bola teplotne nezávislá?
a) Vnútorný odpor
b) Množstvo nečistôt v polovodiči
c) Teplotný koeficient
8. Ktorá dióda sa dá použiť na generovanie harmonických signálov
v oscilátoroch kvôli vzniku záporného diferenciálneho odporu?
a) varikap
b) signálová dióda
c) tunelová dióda
9. V ktorom smere Schottkyho diódy neberieme v úvahu prúd minoritných
nosičov?
a) V priepustnom smere
b) V závernom smere
c) V žiadnom smere
d) V oboch smeroch
10. U diód s P-N prechodom vzniká priepustný smer:
a) Injekciou majoritných nosičov cez barieru
b) Emisiou majoritných nosičov cez barieru
c) Injekciou minoritných nosičov cez barieru
3.2.5 Zoznam použitej literatúry
[2.1]
Richard C. Jaeger: Microelectronic Circuit Design, The McGraw-Hill
Companies, Inc.,1997
[2.2]
Čuntala J., Hrianka M., Kejzlar M.: Elektronika, Žilinská univerzita EDIS, 1999
[2.3]
Limann O., Pelka H.: Elektronika bez balastu, ALFA Bratislava, 1987
[2.4]
Vobecký J., Záhlava V.: Elektronika-součástky a obvody, principy a příklady,
-33-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Grada Publishing,spol.s.r.o.,Praha2000
[2.5]
Mihálka P.: Polovodičové súčiastky, ALFA Bratislava, 1976
[2.6]
Bém J. a kolektív: Československé polovodičové součástky, ALFA Bratislava,
1971
[2.7]
http://www.polovodice.cz/_files/images/sitove-diody.jpg
[2.8]
http://www.piekarz.pl/images/large/Diody%20sch.jpg
-34-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
3.4 Unipolárny tranzistor
Obr. 3.4.1 Prvý unipolárny tranzistor .[4.9]
Začiatok vývoja tranzistorov ovládaných elektrickým poľom ( ďalej FET – Field Effect
transistor ) možno datovať do rokov 1930 – 1933 kedy prof. J.E.Lilienfeld prihlásil tri
patenty zosilňovača v pevnej fáze riadeného elektrickým poľom. Až v roku 1948
uverejnil W. Schockley prvú prácu o modulácii vodivosti germaniovej vrstvy externým
elektrickým poľom a
v r. 1952 zverejnil 2 návrhy na realizáciu FET.
Shockley zaviedol pre FET názov „unipolárny tranzistor “
pripomína, že signál
prechádza FET prostredníctvom jedného typu nosičov prúdu, zatiaľ čo u bipolárnych
tranzistorov sa na činnosti podieľajú oba typy nosičov. Ak sa jedná o prenos signálu
elektrónmi je to FET s kanálom N a pri prenose signálu dierami, je to FET s kanálom P.
[4.3]
3.4.1 Tranzistor JFET (Junction Field Effect Transistor)
Elektróda Source (S) je zdrojom voľných nosičov privádzaných z vonkajšieho
obvodu do kanálu. Po prechode kanálom sú tieto nosiče odsaté späť do vonkajšieho
obvodu elektródou Drain (D). Kanál je oblasť jedného typu vodivosti, ktorou sa
pohybujú elektróny (kanál N) alebo diery (kanál P) medzi S a D. Prúd nosičov kanálom
môžeme riadiť pomocou elektródy Gate (G) (obr.3.4.2).
-35-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Obr.3.4.2 Prierez tranzistormi JFET s kanálmi N a P a ich schematické značky.
Priložením napätia UGS záverne polarizujúcim dva protiľahlé P-N prechody G-S vzniká
kolmo k povrchu doštičky polovodiča elektrického poľa. Oblasti priestorového náboja
(OPN) spojené s týmto poľom zasahujú najmä do kanálovej oblasti z dôvodu jeho
výrazne menšej dotácie oproti oblastiam polovodičov tvoriacich hradlo. [4.1], [4.4]
3.4.1.1 Princíp činnosti
Počas normálnej funkcie musí byť priechod PN stále udržaný v závernom smere, aby
bol schopný izolovať oblasť medzi hradlom a kanálom, preto sa napätie UGS pohybuje
v rozmedzí UGS ≤ 0. S rastúcim UGS sa OPN a oblasť zníženého potenciálu rozširuje do
kanálu, narastá energetická bariéra v kanále a rastie jeho efektívny odpor (obr.3.4.3).
K úplnému uzavretiu pre nosiče (cut- off)dochádza , ak UGS dosiahne tzv. uzatváracie
napätie UGSOFF (cut- off voltage).
-36-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Obr.3.4.3 Uzatváranie kanála spôsobené zvyšovaním napätia UGS.
S rastúcim napätím UDS pre UGS = 0V dochádza k nárastu záverného napätia diódy G-D
(obr.3.4.4). S rastúcim UDS narastá ID. Pri napätí UDSsat dôjde k lokálnemu zaškrteniu
kanála (pinch- off) pri draine. Oblasť výstupných charakteristík pre UDS > UDSsat sa preto
označuje ako oblasť saturácie.
Obr.3.4.4 JFET vstupuje do režimu saturácie.
-37-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Na obr.3.4.5 zisťujeme mierny nárast prúdu ID v oblasti saturácie. Skrátenie kanálu na
úkor OPN s rastúcim UDS z toho vyplýva
znižovanie odporu kanála a výstupné
charakteristiky, preto nie sú presne rovnobežné s osou napätia. Pre UGS = 0V a UDS >
UDSsat
tak dostávame najväčší možný prúd tranzistorom JFET, ktorý je v katalógu
označovaný ako IDSS.
Obr.3.4.5 Výstupné charakteristiky JFET s kanálom N.
Červeno vyznačená krivka zaškrteného kanála oddeľuje oblasť odporového režimu
a saturácie. Na tejto krivke je kanál vždy zaškrtený, JFET je ale zároveň vypnutý (ID →
0) len pre napätie UGS = UGSOFF a v absolútnej hodnote väčší. S rastúcim napätím │UGS│
dochádza pre konštantné UDS k poklesu ID v oblasti saturácie (obr.3.4.6). [4.1], [4.7],
[4.4]
Obr.3.4.6 Prevodová charakteristika JFET s kanálom N.
-38-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
3.4.1.2 Hraničné parametre
Vo výstupnej charakteristike existuje hraničný parameter prierazné napätie UBRDS
spôsobené nárazovou ionizáciou na prechode G-D a maximálny stratový výkon PDmax=
UDS.ID (obr.3.4.7). Na vstupe, tz. na prechode G-D, nesmieme prekročiť prierazné napätie
UBRGSS definované pre UDS =0V a IG = 1µA. [4.4]
Obr.3.4.7 Hraničné parametre JFET.
3.4.2 Tranzistor MESFET (Metal Semiconductor FET)
Tranzistor MESFET dostaneme nahradením P-N prechodu medzi G-S Schottkyho
diódou, tz. prechodom kov- polovodič (obr.3.4.8). Nevyrábajú sa z kremíka, ale z GaAs,
kde je približne 3* väčšia pohyblivosť elektrónov. Aktívna oblasť MESFET sa vytvára na
povrchu substrátu s veľkým merným odporom.
Obr.3.4.8 Prierez tranzistorom MESFET s kanálom N.
-39-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Pre dosiahnutie veľmi vysokých hraničných frekvencií (jednotky až desiatky GHz) je
popri veľkej pohyblivosti elektrónov v objemovom kanály z GaAs nutné zaistiť hlavne
veľmi malé parazitné kapacity medzi elektródami.
Rozdiel medzi tranzistorom MESFET s kanálom N v ochudobnenom (depletion mode)
a obohatenom (enhancement mode) režime je zrejmý z obr.3.4.9.
Obr.3.4.9 Prevodová charakteristika MESFET s kanálom N určeného pre režim
ochudobnený (UT <0) a obohatený režim (UT >0).
MESFET sa využíva vo vf zosilňovačoch (veľká hraničná frekvencia, malý šum)
a číslicových obvodoch, a hlavne v dátových komunikáciách, napr. v prepínačoch
dátových kanálov pre optické káble, kde sú požadované rýchlosti prenosu v rade Gbit/s
a viac. [4.4], [4.5]
3.4.3 Tranzistor MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET)
Tranzistor MOSFET je poľom riadený tranzistor, kde je vodivosť kanála medzi
elektródami Source a Drain ovládaná elektrickým poľom vytváraným v štruktúre kov
(M)– oxid (O)– polovodič (S) napätím priloženým medzi hradlo (Gate) a Source
(obr.3.4.10).
-40-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Obr.3.4.10 Tranzistor MOSFET s indukovaným a zabudovaným kanálom N a P.
Znázornenie ich schematických značiek.
Ak existuje vodivý kanál aj pri
UGS = 0V, jedná sa o MOSFET zo zabudovaným
kanálom. Ak je pri vytvorení kanála vodivosti P (N) nutné priviesť napätie UGS > 0V
(UGS < 0V), jedná sa o MOSFET s indukovaným kanálom. [4.6]
3.4.3.1 Princíp činnosti
Priložením záporného napätia (-5V) na hradlo proti substrátu sa bude zápornej
hradlovej elektródy hromadiť záporný náboj, u kladnej elektródy tvorenej substrátom P
kladný náboj. Elektrické pole vzniknuté v polovodiči pritiahne kladné majoritné diery
k rozhraniu polovodič- oxid, kde dôjde k ich akumulácii.
Priložením určitej hodnoty kladného napätia začne narastať koncentrácia voľných
nosičov n. Pri dosiahnutí prahového napätia UT (Treshold voltage) dôjde k tak veľkému
ohybu pásma, že na povrchu polovodiča (y=0) bude koncentrácia elektrónov práve
rovnaká ako koncentrácia majoritných nosičov p v objeme polovodiča (y=0,3µm).
Priloženie napätia UGS > UT spôsobí n» p a zároveň dôjde k zmene vrstvy polovodiča
typu P na typ N a táto oblasť sa nazýva inverzná vrstva (obr.3.4.11).
-41-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Obr.3.4.11 Zobrazenie stavov pri akumulácii dier a pri vzniku inverznej vrstvy pri
UT=0,7V.
Voľné elektróny v kanále tvoria pohyblivý náboj o veľkosti
(
)
Q = Cox ⋅ U GS − U T ,
(3.4.1)
kde Cox= εox /tox je kapacita oxidu na jednotku plochy (tox je hrúbka oxidu).
Ak pridáme naľavo od štruktúry MOS kapacitora z obr.4.11 source N+ a napravo drain N+
, dostaneme tranzistor MOSFET s kanálom N podľa obr.4.12. Source a drain sú izolované
od substrátu pomocou OPN diód (obr.3.4.13).
Z obr.3.4.12 je zrejmé, že pre UGS < UT bráni prechodu elektrónov zo source do drain
energetická bariéra P-N prechodu substrát- source. Pre UGS > UT nastane v polovodiči
pod hradlom rozloženie potenciálu, ktoré spôsobí ohyb pásma v smere osi y. Čím väčšie
je napätie UGS, tým viac sa bariéra zníži a tým väčšia je koncentrácia elektrónov n, resp.
pohyblivý náboj Q v kanáli.
-42-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Obr.3.4.12 MOSFET s kanálom N v nevodivom a zopnutom stave pri UDS = 5V.
Ak narastá napätie UDS, znižuje sa úbytok napätia na oxide v okolí draine a tým aj
koncentrácia elektrónov v inverznej vrstve. Keďže potenciál pozdĺž kanála rastie od
S k D, zužuje sa kanál v rovnakom smere (obr.3.4.13), ako narastá pôsobnosť napätia UDS
oproti UGS. Vzorec kapacity pohyblivého náboja sa mení (4.1), pretože musíme
rešpektovať skutočnosť, že UDS pôsobí proti UGS:
(
)
Q = Cox ⋅ U GS − U T − U DS .
(3.4.2)
Ak narastie UDS na takú hodnotu, že napätie medzi hradlom a kanálom na hranici drainu
je rovné prahovému UT, bude indukovaná hustota náboja nulová – dôjde k zaškrteniu
kanála (obr.3.4.13) a UDS =UDSsat. Napätie v mieste zaškrtenia je
U GSsat = U GS − U T
(3.4.3)
a pri zanedbaní závislosti UT na UDS nezávisí UDSsat na UDS. Nad hodnotou UDSsat sa
zaškrtená oblasť pomaly zväčšuje, tz. Bod zaškrtenia sa pohybuje smerom k oblasti
source. Keďže elektróny prechádzajú zo zaškrteného kanála do drainu cez OPN s veľkým
elektrickým poľom, je ich driftová rýchlosť oproti kanálu obrovská a nespôsobuje pokles
prúdu ID. Prúd ID sa saturuje, pretože na kanáli máme konštantné napätie. Vzniká prechod
-43-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
pracovného bodu pri napätí UDSsat z odporového režimu s lineárnou závislosťou ID =
f(UDS) do režimu saturácie ID. [4.4], [4.1], [4.2], [4.8]
Obr.3.4.13 Dochádza k zaškrteniu kanála v oblasti drainu a saturácii výstupnej
charakteristiky.
3.4.3.2 Parametre a charakteristiky MOSFET
Pre rôzne napätia UGS tvoria výstupné charakteristiky parametrickú sústavu kriviek
a pre UDS = konšt. z nich možno zostrojiť prevodové charakteristiky ID = f(UGS)
(obr.3.4.14).
Obyčajne sa hodnoty UT pohybujú od 0,5V až do jednotiek V. Nižšie hodnoty UT
môžeme (pri použití rovnakého materiálu hradlového dielektrika) dosiahnuť znížením tox,
ale za cenu zníženia prierazného napätia oxidu. Teplotný koeficient UT závisí od
intrinzickej koncentrácie- záporný v ráde jednotiek mV/K.
Obr.3.4.14 Výstupná a prevodová charakteristika MOSFET s indukovaným kanálom N
pre oblasť saturácie.
-44-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Pre prevodovú charakteristiku
ideálneho MOSFET môžeme odvodiť vzorec pre
odporový režim
ID =
w ⋅ µ n ⋅ Cox
2
⋅ 2 ⋅ (U GS − U T ) ⋅ U DS − U DS ,
2⋅L
[
]
kde 0 < UDS < UDSsat . (3.4.4)
Rovnica pre režim saturácie je
ID =
w ⋅ µ n ⋅ Cox
2
⋅ [U GS − U T ] ,
2⋅L
kde UDS ≥ UDSsat .
(3.4.5)
Pohyblivosť elektrónov v kanále N je µn, w je šírka a L je dĺžka kanála. Deriváciou rovníc
podľa UGS dostaneme strmosť tranzistora v odporovom režime
y 21 s =
dI d
w
= ⋅ µ n ⋅ C OX ⋅ U DS .
dU GS L
(3.4.6)
A v režime saturácie
y 21s =
dId
w
= ⋅ µ n ⋅ C0 X ⋅ (U GS − U T ) =
dU GS L
w ⋅ µ n ⋅ C0 X
⋅ ID
2⋅L
.
(3.4.7)
Rovnice potvrdzujú, že v odporovom režime, keď sa MOSFET chová ako odpor riadený
napätím UGS, závisí strmosť lineárne na napätí UDS. V saturácii je v ideálnom prípade
strmosť na napätí UDS nezávislá a závisí len od UGS. Strmosť MOSFETU je závislá na
geometrii štruktúry.
Ak je MOSFET s kanálom N indukovaný pri dosiahnutí prahového napätia, potom ním
tečie nenulový prúd ID len v režime obohacovania kanála. Ak máme MOSFET s kanálom
N, ktorý dosahuje prahové napätie v záporných hodnotách, tak potom tieto tranzistory
nazývame MOSFET so zabudovaným kanálom N a okrem režimu obohacovania kanála
môžu pracovať aj v režime ochudobňovania kanála (obr.3.4.15).
-45-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Obr.3.4.15 Výstupné charakteristiky pre MOSFET s indukovaným a zabudovaným
kanálom N a ich prevodné charakteristiky. Rozloženie koncentrácie
elektród v kanále pre rôzne napätia UGS.
Analogickým spôsobom fungujú tranzistory MOSFET so zabudovaným a indukovaným
kanálom P (obr.3.4.16). [4.4], [4.8], [4.7]
Obr.3.4.16 Výstupné a prevodová charakteristika MOSFET s kanálom P.
-46-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
3.4.3.3 Hraničné parametre
Oblasť dovolenej činnosti je obmedzená prierazným napätím UBRDS. To môže mať
pôvod buď v nárazovej ionizácii na prechode drain– substrát vedúcim na lavínový
prieraz, alebo v styku OPN prechodov drain- substrát a source- substrát rozšírených po
celej dĺžke kanála. Maximálny povolený prúd ID a stratový výkon PDmax majú rovnaké
príčiny ako bipolárne tranzistory (obr.3.4.17).
Obr.3.4.17 Hraničné parametre vo výstupných charakteristikách MOSFET s kanálom N.
Vstup tvoriaci hradlo má kapacitný charakter, pretože do izolantu tvoreného SiO2 netečie
prúd. Najväčším nebezpečím deštrukcie oxidu hrozí od statickej elektriny pri manipulácii
s tranzistorom. [4.4]
3.4.4 Hypertextové odkazy
< rastúcim UGS >
Pre napätie UGS =0V má OPN najmenšie možné rozmery a kanál má najmenší možný
odpor. Elektróny vo vodivostnom pásme sú priťahované k drainu D v smere nárastu
potenciálu φ, resp. poklesu WC a WV, ktorý je daný napätím UDS = 0,5V. Teraz priložíme
záverné napätie UGS = -1V . OPN a s tým spojený pokles potenciálu sa rozšíri viac do
kanálu, čoho dôsledkom je zúženie oblasti kanála bez energetickej bariéry, ktorou môžu
elektróny prechádzať k drainu. Prejaví sa to nárastom odporu kanála. K úplnému
zaškrteniu kanála dôjde pri dosiahnutí napätia UGSOFF.
-47-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
< lokálnemu zaškrteniu kanála >
Zaškrtenie znamená spojenie OPN prechodov P+ a N medzi G a D a medzi kanálom
a substrátom. Aj keď je zaškrtená oblasť tvorená veľkým odporom, prúd ID preteká na
ďalej, pretože OPN nepredstavuje
pre elektróny potenciálovú bariéru, lebo pokles
potenciálu daný napätím UDS mieri pozdĺž línie kanálu od D k S a nie kolmo ku kanálu.
OPN teda predstavuje pre elektróny iba oblasť veľkého odporu, ktorú sú schopné
prekonať vďaka zrýchleniu silným elektrickým poľom spojeným s jej existenciou.
Hodnota ID je takmer konštantná, pretože súčasne s predĺžením OPN narastie aj intenzita
elektrického poľa v OPN a stúpne aj driftová rýchlosť elektrónov.
< depletion mode >
Oblasť kanála je tvorená nízko dotovaným polovodičom tak, aby s kovovou vrstvou
hradla G vytvorila Schottkyho diódu. Záverná polarizácia tejto diódy znamená rozšírenie
OPN smerom do kanálu a možnosť modulácie vodivosti kanála. Dostávame tzv. normally
–ON tranzistor.
< enhancement mode >
K vytvoreniu kanála je nutné priložiť kladné napätie UGS > UT a znížiť tak pôvodnú
hrúbku OPN, aby mohol kanálom pretekať prúd ID. UT, ktoré je obdobou UGSOFF, je tzv.
prahové napätie. Toto napätie je nutné vložiť medzi G a S, aby došlo k zaškrteniu kanála,
tj. Aby hrúbka OPN a kanála bola rovnaká. Dostaneme tak tranzistor, ktorý je v princípe
normally –OFF .
< geometrii štruktúry >
Pomer w/L môžeme predstaviť ako veľmi dôležitý konštrukčný parameter pre nastavenie
hodnoty strmosti. Minimálna dĺžka kanála L je daná úrovňou použitej technológie. Buď
je zvolená čo najmenšia, čo je typické pre číslicové IO alebo je zvolená L > 5µm, čo je
typické pre analógové obvody, aby bol zaistený malý nárast ID v oblasti saturácie. Šírku
w môžeme meniť vo všetkých prípadoch meniť pomerne v širokých hraniciach (w ≥ L).
-48-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
3.4.5 Testovanie vedomostí
1. Prúd nosičov kanálom riadime u JFET elektródou:
a) Gate
b) Source
c) Drain
2. Na obrázku je značka:
a) MOSFET so zabudovaným kanálom N
b) MOSFET s indukovaným kanálom P
c) MOSFET s indukovaným kanálom N
d) MOSFET so zabudovaným kanálom P
3. Ktorý parameter nepatrí medzi hraničné parametre JFET?
a) prierazné napätie UBRDS
b) maximálny stratový výkon PDmax
c) saturačné napätie UDSsat
d) prierazné napätie UBRGSS
4. Tranzistor MESFET sa vyrába z:
a) Si.
b) Ge.
c) GaAs.
5. Pri dosiahnutí akého napätia na JFET dôjde k úplnému zaškrteniu kanála?
a) UBRDS
b) UDSsat
c) UGSOFF
-49-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
6. Schéma na obrázku je zapojenie:
a) MOSFET s kanálom N v nevodivom stave.
b) MOSFET s kanálom N v zopnutom stave.
c) MOSFET s kanálom P v nevodivom stave.
7. MESFET s kanálom N pracuje v dvoch režimoch:
a)Ochudobnenom (UT > 0) a obohatenom (UT < 0)
b)Ochudobnenom (UT < 0) a obohatenom (UT = 0)
c)Ochudobnenom (UT < 0) a obohatenom (UT > 0)
8. Na obrázku s JFET dochádza ku:
a) lokálnemu zaškrteniu kanála
b) úplnému uzavretiu kanála
c) poškodeniu tranzistora
9. Strmosť MOSFET v odporovom režime závisí od:
a) UDS
b) UGS
c) UGD
10. Čo je najväčšie nebezpečenstvo pre MOSFET?
a) vlhkosť
b) statická elektrina
c) elektromagnetické vlny
-50-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
3.4.6 Zoznam použitej literatúry
[4.1]
Richard C. Jaeger: Microelectronic Circuit Design, The McGraw-Hill
Companies, Inc.,1997
[4.2]
Matia J.: Diplomová práca, Elektrotechnická fakulta Žilinskej univerzity, 2004
[4.3]
Čuntala J., Hrianka M., Kejzlar M.: Elektronika, Žilinská univerzita EDIS, 1999
[4.4]
Vobecký J., Záhlava V.: Elektronika-součástky a obvody, principy a příklady,
Grada Publishing,spol.s.r.o.,Praha2000
[4.5]
Mihálka P.: Polovodičové súčiastky, ALFA Bratislava, 1976
[4.6]
Bém J. a kolektív: Československé polovodičové součástky, ALFA Bratislava,
1971
[4.7]
Frisch, H. : Základy elektroniky a elektronických obvodov, STNL Praha, 1987
[4.8]
Nigel P. Cook: First course in digital electronics, Prentice-Hall, Inc., 1999
[4.9]
http://smithsonianchips.si.edu/augarten/index.htm
-51-
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
3.12 Optolelektronické súčiastky
Sú založené na využití interakcie optického žiarenia a elektricky nabitých častíc
v polovodičoch. Žiarenie je definované ako určité množstvo fotónov s energiou W, kde
fotón je kvantum elektromagnetického vlnenia resp. diskrétne množstvo energie alebo
ako elektromagnetické vlnenie o danej vlnovej dĺžke λ a intenzite. Je prúdom častíc
(fotónov) s určitým množstvom energie. Vzťah medzi energiou W a vlnovou dĺžkou
fotónu udáva Planckov zákon
W = h⋅v =
h ⋅c Rz
≅
λ
Rg
[J]
(3.12.1)
respektive
W=
h ⋅c
λ⋅e
[eV]
(3.12.2)
kde h (j.s) je Planckova konštanta, v (s-1) je frekvencia žiarenia, e (C) je náboj elektrónu
a c =3.108m.s-1 je rýchlosť svetla. Čím kratšia je vlnová dĺžka vlnenia, tým je energia
fotónu vyššia. Interakcia žiarenia a hmoty môže prebiehať niektorým z troch
mechanizmov (obr.3.12.1):
-
fotón môže byť polovodičom absorbovaný
-
dochádza k spontánnej emisii
-
dochádza k stimulovanej emisii
Obr.3.12.1 Model absorpcie fotónu, spontánnej emisie a stimulovanej emisie žiarenia
v lineárnom pásmovom modely polovodiča.
Medzi krátke vlnové dĺžky, ktoré nesú najvyššie množstvo vyžarovanej energie patrí
gama a röntgenové a ultrafialové žiarenie, viditeľná časť spektra 380nm až 780nm (patrí
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
tam
žiarenie, ktoré registruje ľudské oko ). V tejto oblasti emitujú žiarenie LED pre
účely indikácie. Potom nasleduje infračervená časť, ktorá sa používa na prenos dát, čo
vyplýva z obmedzenej spektrálnej priepustnosti médií, ktorými sa žiarenie prenáša.
V infračervenej oblasti spektra vyžarujú predmety pri bežných teplotách, preto je táto
oblasť tepelného žiarenia dôležitá pre bezkontaktné meranie teploty a pre nočné videnie.
[12.2] , [12.3]
Obr.3.12.2 Spektrálne citlivosti ľudského oka a detektorov žiarenia na báze Si,
Ge, InGaAs.
Udané sú vlnové dĺžky, na ktorých emitujú prakticky významné LED tri prenosové
pásma využívané pri optických kábloch.
3.12.1 Zdroje optického žiarenia
Zdroje optického žiarenia využívajú fyzikálny jav nazývaný luminiscencia, čo
znamená emisia žiarenia látkami, keď vybudené nosiče odovzdávajú svoju energiu vo
forme fotónov. Ak vybudenie vzniká elektricky, tak sa nazýva elektroluminiscencia, čo sa
dosahuje najčastejšie injekciou nosičov náboja na P-N prechode. Ak hovoríme o zdroji
nekoherentného žiarenia dochádza tam k spontánnej emisii, ak o zdroji koherentného
žiarenia, tak nám prevažujú stimulované emisie. [12.2]
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
3.12.1.1 Zdroje nekoherentného žiarenia
LED je dnes najvýznamnejším zdrojom nekoherentného žiarenia s využitím ako
indikátor na paneloch prístrojov a zariadení, ako zdroj žiarenia pre prenos signálov
v dátových sieťach, alebo optoelektronických väzobných členoch slúžiacich pre
galvanické oddelenie.
Obr.3.12.3 Druhy a farebné rozlíšenie LED. [12.8]
Pre vysvetlenie princípu činnosti LED (obr.3.12.4) vychádzame z princípu činnosti diódy.
Vlnová dĺžka emitovaného žiarenia na použitom polovodiči (hodnota Wg) a môžeme ju
ovplyvniť vhodnou dotáciou. Tabuľka 3.12.1 ukazuje niektoré polovodiče a ich prímesi
(za dvojbodkou) používané pre LED.
Obr.3.12.4 Princíp LED znázornený v energetickom pásmovom modeli.
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Najväčšia účinnosť premeny elektrón- fotón na požadovanej vlnovej dĺžke je prioritou pre
výrobcov LED. Na obr.3.12.5 je jedno z možných konštrukčných riešení červenej LED.
Žiarenie je emitované v okolí P-N prechodu do všetkých smerov.
Tab.3.12.1 Materiály pre výrobu LED sú volené podľa vlnovej dĺžky žiarenia, v ktorej
majú emitovať
Puzdro mechanicky chráni čip emitujúci svetlo a zároveň slúži k čo najúčinnejšiemu
vyvedeniu svetla z čipu. V-A charakteristika LED kvalitatívne zodpovedá charakteristike
usmerňovacej diódy. Hraničnými parametre sú:
-
maximálny prúd v priepustnom smere (10mA až 50mA)
-
prierazné napätie (4V až 20V)
-
teplotný rozsah (-20˚C až +85˚C)
Pre účely signalizácie vyberáme farbu, tvar puzdra, charakter svetla a svietivosť alebo
jas. Pre komunikačné účely používame infračervené diódy, u ktorých nás zaujíma
spektrum, tvar vyžarovacej charakteristiky, rozbiehavosť zväzku a hraničné parametre
pre impulzné budenie s ohľadom na degradáciu žiarivého výkonu s časom. [12.2] , [12.1]
, [12.7]
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Obr.3.12.5 Konštrukcia červenej LED a jej zapuzdrenie.
3.12.1.2 Zdroje koherentného žiarenia
Pre generáciu koherentného žiarenia v oblasti optických frekvencií sa používajú
lasery využívajúce stimulované emisie pri súčasnom splnení nasledujúcich podmienok:
-
aktívne prostredie- umožňuje dostatočne veľké zosilnenie fotónov mechanizmom
stimulovanej emisie (GaAs)
-
kladná spätná väzba
-
inverzné obsadenie
Ak spĺňame tieto tri podmienky môže dôjsť ku generovaniu koherentného
žiarenia. Prvé fotóny vznikajú mechanizmom spontánnej emisie ako u LED, kde P-N
prechod laserovej diódy umiestnený v rezonátore je polarizovaný v priepustnom smere
(princíp a štruktúra lasera na obr.3.12.6). Ak vzrastie priepustný prúd nad hodnotu
prahového prúdu Ith, dôjde k inverznej populácii a stimulovaná emisia prevažuje nad
absorpciou a spontánnou emisiou. Vyžiarený výkon strmo narastá, čo je vidieť na wattampérovej charakteristike na obr.3.12.7.
Obr.3.12.6 Obecný princíp lasera. Štruktúra z hrany a z povrchu vyžarujúceho lasera
s dvojitou heteroštruktúrou.
S polovodičovým laserom pracujeme ako s diódou so zanedbateľným záverným napätím.
Musíme brať v úvahu prevádzkovú teplotu pri voľbe budiaceho prúdu, pretože je laser
umiestnený na chladiči. Budiaca prúdová hustota sa pohybuje kvôli malým rozmerom
lasera v rádoch jednotiek kA/cm2 a hrozí poškodenie nadmerným ohrevom. S rastúcou
teplotou zvyčajne rastie prahový prúd Ith a klesá vyžiarený výkon (obr.3.12.7). [12.2] ,
[12.3]
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Obr.3.12.7 Watt- ampérová charakteristika lasera v kontinuálnom režime. Dvojitá
heteroštruktúra umožňuje zníženie prahoveho prúdu Ith sústredením fotónov
do aktívnej oblasti malých rozmerov.
3.12.2 Detektory optického žiarenia
Fotodetektory rozdeľujeme na fotovodivostné, kde dopadajúce žiarenie zvyšuje
mernú elektrickú vodivosť polovodiča, fotovoltaické, kde dopadajúce žiarenie generuje
napätie na elektródach súčiastky a fotoemisné, kde dopadajúce žiarenie spôsobuje emisiu
elektrónov z fotocitlivého emitéru do vákua. [12.6]
5.12.2.1 Fotorezistor
Obr.3.12.8 Reálny fotorezistor s hrebeňovou štruktúrou. [12.9]
Je veľmi citlivým detektorom založený na fotovodivostnom princípe. Môžeme si ho
predstaviť ako homogénne dotovaný polovodič CdS (Wg=2,4eV) typu N s kontaktmi
a zapojený do obvodu na obr.3.12.9. Pri dopade svetla vzniká generovanie páru elektróndiera. Jeho odpor klesá a tým aj deliaci pomer napätia v obvode s RZ= konšt., ktorý
registrujeme ako zmenu napätia Uvýst, čo je poukázané vo V-A charakteristike, ktorá sa
tiež nachádza na obr.3.12.9.
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Obr.3.12.9 Zjednodušená štruktúra fotorezistora a jeho pásmový model. V-A
charakteristika ukazuje logaritmickú závislosť odporu na osvetlení.
Spektrálna citlivosť CdS fotorezistora (λmax=515nm) veľmi dobre zodpovedá citlivosti
ľudského oka. Hraničnými parametrami je maximálna výkonová strata Pmax (desiatky
mW) a maximálne napätie (do 100V) pri teplote T=25˚C. Charakteristické parametre sú:
-
vlnová dĺžka pre maximálnu citlivosť λmax
-
hodnota odporu za tmy a pri osvetlení
-
doba nárastu a poklesu napätia v obvode pri zmene osvetlenia
Nevýhodnými vlastnosťami je svetelný pamäťový efekt a závislosť teplotného
koeficientu odporu na osvetlení. [12.1]
3.12.2.2 Fotodióda
Pre meracie a komunikačné účely sú fotodiódy jedným z najviac rozšírených
fotodetektorov z dôvodu výbornej linearity, nízkeho šumu, výhodných spektrálnych
a frekvenčných charakteristík. Dochádza na fotodióde k fotovoltaickému javu, ak
pôsobením dopadajúceho žiarenia nám na nej vzniká napätie (obr.3.12.10). Medzi stavom
nakrátko a naprázdno pracuje fotodióda vo fotovoltaickom režime a jej volt- ampérová
charakteristika sa nachádza vo 4. kvadrante na obr.3.12.11. V tomto režime v obvode nie
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
je zapojený žiadny zdroj napätia ani prúdu a z toho vyplýva, že za tmy netečie žiadny
prúd. Meria sa hodnota Ish a obyčajne sa zaťažuje rezistorom s odporom 50Ω a volíme ho,
aby sme dosiahli maximálny výkon. V tomto režime sa fotodióda chová ako zdroj, preto
sa využíva v slnečných článkoch.
Obr.3.12.10 Princíp fotodiódy. Fotóny absorbované vo fotodióde PIN generujú páry
a diery, ktoré sú unášané elektrickým poľom OPN cez P-N prechod do oblasti,
kde sú majoritnými.
Vo fotovoltaickom režime je na fotodióde malé napätie a OPN je úzka a z toho vyplýva,
že má veľkú barierovú kapacitu a nízku hraničnú frekvenciu. Túto kapacitu znížime, ak
zapojíme fotodiódu vo fotovodivostnom režime, teda v 3.kvadrante volt- ampérovej
charakteristiky na obr.3.12.11. Fotodióda je polarizovaná záverne, jej OPN sa rozšíri
a kapacita zníži. Výsledkom je vysoká intenzita elektrického poľa v oblasti N
(obr.3.12.10), ktorá urýchľuje nosiče k elektródam, čím bráni tomu, aby zrekombinovali
skôr ako sa dostanú do OPN.
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
Obr.3.12.11 V-A charakteristika fotodiódy v troch kvadrantoch.
Optimálnu hodnotu záverného napätia (zvyčajne 5V) s ohľadom na jej maximálne
vyprázdnenie a prierazné napätie(zvyčajne ≥ 20V).
Obr.3.12.12 Znázornenie závislosti koncentrácie a intenzity od polohy
v polovodiči v jednotlivých režimoch.
Hraničnými parametrami sú prierazné napätie (desiatky V) a teplotný rozsah (-20˚C až
+80˚C). Medzi charakteristické parametre patrí:
-
pásmo spektrálnej citlivosti (nm)
-
citlivosť na významných vlnových dĺžkach (A/W)
-
prúd za tmy a jeho teplotný rozsah (nA)
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
-
šumový ekvivalent výkonu (W/Hz1/2)
-
kapacita pre doporučené prevádzkové napätie
-
hraničná frekvencia
K zosilneniu signálu na výstupe z fotodiódy vo fotovodivostnom režime je potrebné
použiť zosilňovač s veľkou vstupnou impedanciou (FET alebo operačný zosilňovač).
[12.2] , [12.5]
3.12.2.3 Fototranzistor
Ak na oblasť bázy, emitora kolektora tranzistora dopadá svetlo, vytvárajú sa v týchto
oblastiach dvojice elektrón- diera. Vzniknuté nosiče difundujú smerom k P-N
prechodu na emitore alebo kolektore a sú navzájom oddeľované potenciálovou bariérou
týchto prechodov. Následkom toho sa zväčšuje prúd emitora, ale aj prúd kolektora.
Zväčšovanie kolektorového prúdu ako výstupného prúdu závisí na prúdovom
zosilňovacom činiteli αbF, na spôsobe zapojenia tranzistora a na tom, ktorá oblasť
tranzistora je osvetlená. Tranzistory, ktorých výstupný obvod je riadený dopadom svetla,
nazývame fototranzistory.
Obr.3.12.13 Konštrukcia germániového fototranzistora.
Dôležitými parametrami sú fotoelektrická merná citlivosť a prúd kolektora za tmy, napr.
u konštrukcie
germániového
fototranzistora
zhotoveného
difúzne
zliatinovou
technológiou (obr.3.12.13) boli dosiahnuté hodnoty integrálnej citlivosti 3 až 10 A/Lm
a prúdu za tmy v hraniciach od 100 do 500µA. [12.4]
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
3.12.3 Hypertextové odkazy
< absorbovaný >
Dopadajúci fotón môže byť absorbovaný, pokiaľ pre jeho energiu platí W ≥ Wg.
Energia fotónu je spotrebovaná na excitáciu elektrónu cez zakázané pásmo do
vodivostného pásma, pričom poelektróne ostane vo valenčnom pásme diera. Fotón je
premenený na pár elektrón- diera a nastáva vnútorný fotoelektrický jav. Generovaný
elektrón a diera sa môžu voľne pohybovať kryštálovou mriežkou. Absorpčná hrana je
maximálna vlnová dĺžka, pri ktorej dochádza k absorpcii fotónu. Princíp absorpcie sa
využíva v detektoroch žiarenia.
< spontánnej emisii >
Elektrón z vodivostného pásma rekombinuje s dierou vo valenčnom pásme.
Uvoľnená energia môže byť odovzdaná vo forme fotónu s energiou W= h.v = Wg. Vzniká
žiarivý prechod, pričom vlnová dĺžka fotónu vyplývajúca
z hodnoty Wg závisí na
použitom polovodiči. Pretože nie je možné určiť okamžik prechodu, ale iba strednú
hodnotu doby, za ktorú k nemu dôjde, hovoríme o samovoľnom, respektíve o spontánnom
prechode. A keďže zároveň dochádza k emisii, tak hovoríme o spontánnej emisii.
Využíva sa v zdrojoch žiarenia, a to hlavne v elektroluminiscenčných diódach
označovaných LED.
< stimulovanej emisii >
Dochádza k žiarivej rekombinácii elektrónu z vodivostného pásma s dierou vo
valenčnom pásme z podnetu stimulujúceho fotónu- stimulovaná emisia. Podmienkou
uskutočnenia sa prechodu elektrónu z WC do WV je, že stimulujúci fotón musí mať
zhodné parametre s fotónom emitovaným. Frekvencia, polarizácia a fáza stimulujúceho
a vznikajúceho žiarenia je zhodná a žiarenie sa nazýva koherentné. Na začiatku prechodu
bol jeden fotón a na konci sú dva rovnaké (dochádza k zosilňovaniu žiarenia), a to sa
využíva pri zdrojoch žiarenia nazývaných LASER. [12.3]
< princípu činnosti LED >
Priložením napätia v priepustnom smere dôjde k injekcii elekrónov z polovodiča N
do P a dier P do N. Väčšina dier a elektrónov rekombinuje na vzdialenosti difúznej
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
dĺžky. Uvoľnená energia vyžiari vo forme fotónu s energiou W= h.v = Wg spontánnou
emisiou. Rekombinácia nosičov dochádza za určitú strednú dobu nazývanú doba
životnosti nosiča. [12.3]
< kladná spätná väzba>
Existuje kladná spätná väzba, ktorá zaistí, že časť generovaných fotónov zostáva
v aktívnom prostredí, aby stimulovali ďalšie prechody elektrónov z WC do WV. Tejto
väzby sa dosiahne vložením aktívneho prostredia do Fabry- Perotovho rezonátora, ktorý
je tvorený dvoma planparalelními zrkadlami (aspoň jedno je polopriepustné). Od zrkadiel
sa časť generovaných fotónov niekoľkokrát odrazí späť do aktívneho prostredia, kde
stimuluje niekoľko prechodov a nakoniec vyletí polopriepustným zrkadlom von z laseru
a prispeje k celkovému žiarivému toku.
< inverzné obsadenie >
V aktívnom prostredí musí stimulovaná emisia dominovať nad absorpciou. K tomu
je potrebné zaistiť, aby na vyššej energetickej hladine (WC) bolo viac nosičov ako na
nižšej (WV). Tento stav sa nazýva inverzné obsadenie hladín a dosahuje sa budením
aktívneho prostredia. V polovodičovom lasery je to dosiahnuté injekciou nosičov na P-N
prechode.
< laserovej diódy >
Obr.3.12.14 Reálna laserová dióda. [12.10]
< princíp a štruktúra lasera >
Polovodičový laser je nutné budiť prúdom IF > Ith a snahou výrobcov je dosiahnuť,
čo najnižšie hodnoty Ith a možnosti pracovať v kontinuálnom režime CW (Continuous
Wave) pri pokojovej teplote. Preto je v klasickej laserovej dióde zavedená dvojitá
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
heteroštruktúra a páskový kontakt anódy. Heteroštruktúra
rozhrania medzi dvoma
polovodičmi s rozdielnou šírkou zakázaného pásma má dve funkcie:
Prvá znamená obmedzenie pohybu injektovaných nosičov v smere x a ich sústredenie do
aktívnej oblasti medzi GaAs a GaAlAs, kde prednostne rekombinujú.
Druhá funkcia znamená zmenu indexu lomu polovodiča v smere x na dvoch miestach,
čiže vytvorenie vlnovodu, ktorý sústreďuje generované fotóny
do aktívnej oblasti
v smere x. V smere y sa tok prúdu vymedzuje pomocou páskového kontaktu.
Zrkadlá sú pre prípad hranou vyžarujúceho laseru tvorené bočnými stenami samotného
čipu, čo sa dosahuje zlomením čipu podľa kryštálovej osy zaručujúce planparalelné
opticky lesklé povrchy zrkadiel, kde nastávajú ohybové javy, ktoré spôsobujú nežiaduci
elipticky sa rozbiehajúci zväzok (potrebné korigovanie šošovkami). U lasera s označením
VCSEL sú zrkadlá vytvorené kolmo k povrchu pomocou DBR (tvorí ich 40 až
60 epitaxných vrstiev) a laser už nevyžaruje hranou, ale povrchom, čo umožňuje vytvárať
lasery s ľubovoľnými rozmermi, geometriou a niekoľkými lasermi na spoločnom čipe.
[12.2]
< fotovodivostnom princípe >
V ustálenom stave, keď pre rýchlosť rekombinácie r a generácie g platí r = g,
môžeme pre koncentráciu generovaných elektrónov n za jednotku času písať:
Popt
Popt
n
g = η⋅ h⋅ v = r = ⇒ n = η h⋅ v ⋅ τ n
d⋅ t⋅ l
τn
d⋅ t⋅ l
,
(3.12.3)
kde η je kvantová účinnosť, Popt je výkon dopadajúceho svetla, a τn je doba života
elektrónov. Prúd fotorezistora je daný Ohmovým zákonom
I = j⋅ S = σ n ⋅ E⋅ d⋅ t = e⋅ n⋅ µ n ⋅ E⋅ d⋅ t
,
(3.12.4)
kde po dosadení za n dostaneme
 P  µ ⋅τ ⋅E
 P  ν ⋅τ
P  τ
τ
I = e⋅  opt  ⋅ n n = e⋅ η⋅  opt  ⋅ n n = e⋅ η⋅  opt  ⋅ n = I0 ⋅ n
l
tT
 h⋅ v 
 h⋅ v  l
 h⋅ v  t r
. (3.12.5)
Ak označíme I0 = e.η.(Popt/hv) ako primárny fotoprúd, môžeme zaviesť zosilnenie
fotorezistora I/I0, ktoré udáva, koľko elektrónov preteká medzi elektródami vďaka
jednému vybudenému elektrónu. Pre zvýšenie citlivosti preto výrobcovia zvyšujú
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
hodnotu τn, a to výrobou, čo najväčšej dĺžky kontaktu d a najkratšej vzdialenosti elektród
l. Výsledkom je hrebeňová štruktúra oboch kontaktov na povrchu vrstvy CdS. [12.2]
< fotovoltaickému javu >
Fotodiódy sú konštruované tak, aby čo najviac žiarenia s energiou h.v > Wg bolo
absorbované v oblasti priestorového náboja (OPN) prechodu P-N alebo kov- polovodič
a jeho blízke okolie. Výsledkom absorpcie je generovanie páru elektrón diera. Pokiaľ je
elektrón (diera) generovaný v OPN, je jej elektrickým poľom urýchľovaný smerom do
oblasti N (P+), kde sa pridá k elektrónom (dieram) generovaným v tejto oblasti. Elektróny
(diery) generované v oblasti P+ (N) na vzdialenosti difúznej dĺžky od OPN sa do nej
dostanú difúziou a ostatné potom zrekombinujú.
3.12.4 Testovanie vedomostí
1. Aký rozsah vlnových dĺžok má viditeľná časť spektra (ľudské oko)?
a) 380nm až 780nm
b) 200nm až 380nm
c) 780nm až 1350nm
d) 500nm až 1550nm
2. Podľa čoho sa volia materiály na výrobu LED?
a) prierazného napätia
b) teplotného rozsahu
c) vlnovej dĺžky
d) puzdra
3. Lasery musia spĺňať podmienky:
a) pasívne prostredie, kladná spätná väzba, neinverzné prostredie
b) aktívne prostredie, záporná spätná väzba, inverzné prostredie
c) aktívne prostredie, kladná spätná väzba, inverzné prostredie
d) pasívne prostredie, záporná spätná väzba, inverzné prostredie
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
4. Na obrázku je zapojená fotodióda v režime:
a) priepustný smer
b) záverný smer
c) fotovodivostný režim
d) fotovoltaický režim
5. Fotorezistor je založený na:
a) Hallovom jave.
b) Fotovodivostnom princípe.
c) Fotovoltaickom princípe.
d) Zenerovom jave.
6. Na zosilnenie signálov na výstupe z fotodiódy vo fotovodivostnom režime je
potrebné použiť zosilňovač s:
a) malou výstupnou impedanciou.
b) veľkou vstupnou impedanciou.
c) malou vstupnou impedanciou.
d) veľkou výstupnou impedanciou.
7. Kladná spätná väzba lasera používa Fabry- Perotov rezonátor, ktorý sa
skladá:
a) z 3 paralelných zrkadiel.
b) z 3 planparalelných zrkadiel.
c) z 2 planparalelných zrkadiel.
d) z 2 paralelných zrkadiel.
8. Aké označenie má laser, ktorého zrkadlá sú vytvorené kolmo k povrchu
pomocou DBR, ktoré tvorí 40 až 60 epitaxných vrstiev a vyžaruje povrchom?
a) VCSEL
b) SEL
c) HCDEL
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
9. Ako výrobcovia zvyšujú hodnotu τn u fotorezistora?
a) Čo najkratšou dĺžkou kontaktu d a najdlhšou vzdialenosťou elektród l.
b) Čo najväčšou dĺžkou kontaktu d a najdlhšou vzdialenosťou elektród l.
c) Čo najväčšou dĺžkou kontaktu d a najkratšou vzdialenosťou elektród l.
d) Čo najkratšou dĺžkou kontaktu d a najkratšou vzdialenosťou elektród l.
10. Ktorá optoelektronická súčiastka má využitie v slnečných článkoch?
a) laser
b) fotorezistor
c) fotodióda
5.12.5 Zoznam použitej literatúry
[12.1]
Richard C. Jaeger: Microelectronic Circuit Design, The McGraw-Hill
Companies, Inc., 1997
[12.2]
Vobecký J., Záhlava V.: Elektronika Součástky a obvody, principy a příklady,
Grada Publishing, spol.s.r.o., Praha 7, 2005
[12.3]
Čuntala J.: Elektronika 1, Žilinská univerzita EDIS, 2004
[12.4]
Helmar F., Šnejdar V.: Principy a vlastnosti polovodičových součástek, SNTL
Praha 1976
[12.5]
Michalík J.: Elektrotechnika I, Žilinská univerzita EDIS, 1996
[12.6]
Elektronické součastky, Vysokého učení technického v Brne, dokument
pdf,2002
[12.7]
Mišek J., Kučera L., Kortán J.: Polovodičové zdroje optického záření, SNTL
Praha,1988
[12.8]
http://www.kvt-elektronika.cz/obrazky/diody.JPG
[12.9]
http://www. ezk.cz\images\mpy7p.jpg
[12.10] http://www. ezk.cz\images\sld6505a.jpg
Žilinská univerzita v Žiline- Elektrotechnická fakulta
4. ZÁVER
Úlohou diplomovej práce bolo navrhnutie metodológie a realizácia multimediálneho
CBT kurzu pre e-learning. Vytvoril som učebnú pomôcku CBT kurz
pre predmet
elektronika, ktorý bol následne umiestnený do systému LMS Moodle Žilinskej univerzity
(https://vzdelávanie.utc.sk )
Pri tvorbe kurzu som sa snažil čo najefektívnejšie a najjednoduchšie zobraziť danú
študovanú časť pomocou animácie, s použitím minimálneho množstva textu k správnemu
opisu problematiky. Využité sú výhody počítačov oproti klasickým tlačeným skriptám.
Snahou nie je vytvoriť protiklad súčasnej formy výučby, ale doplnenie o nové spôsoby
získavania informácií z danej problematike. Každá kapitola je doplnená
o testové otázky pomocou ktorých študent okamžite zistí čo pochytil študovanú
problematiku. Po ukončení a priebežne pri tvorbe bol kurz otestovaný na niekoľkých
študentoch a výsledky boli pozitívne, prípadné pripomienky počas tvorby boli
odstraňované.
Každá kapitola kurzu obsahuje zoznam použitej literatúry a odkazy na webové
stránky zaoberajúce sa témou elektroniky. Môžu to využiť študenti ktorý, majú
dostatočnú chuť k samoštúdiu a téma ich zaujala .
Pri súčasnom rýchlom rozvoji internetu si e-learning nachádza svoje miesto pri
vzdelávaní nielen u nás, ale na celom svete. Nezávislosť na mieste a časová flexibilita
dištančného vzdelávania formou e-learningu ponúka jedinečnú alternatívu vo vzdelávaní
a má predpoklad v budúcnosti stať sa prioritnou pomôckou pre vzdelávanie.
ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY
[1]
Ožvoldová M.: Je e-learning, perspektívne vzdelávanie na Slovensku ?, zborník
E-learn 2002, Žilina 2002
[2]
Drozdová M., Dado M.: E-Learning je e-Commerce vo vzdelávacích inštitúciach,
zborník E-learn 2003, Žilina 2003
[3]
Fotr J., Schneider Z.: Flash 5 Prúvodce uživatele, Computer Press Praha, 2000
[4]
Mikuš Ľ.: Efektívna tvorba CBT kurzov, Žilinská univerzita EDIS, 2003
[2.1]
Richard C. Jaeger: Microelectronic Circuit Design, The McGraw-Hill
Companies, Inc.,1997
[2.2]
Čuntala J., Hrianka M., Kejzlar M.: Elektronika, Žilinská univerzita EDIS,
1999
[2.3]
Limann O., Pelka H.: Elektronika bez balastu, ALFA Bratislava, 1987
[2.4]
Vobecký J., Záhlava V.: Elektronika-součástky a obvody, principy a příklady,
Grada Publishing,spol.s.r.o.,Praha2000
[2.5]
Mihálka P.: Polovodičové súčiastky, ALFA Bratislava, 1976
[2.6]
Bém J. a kolektív: Československé polovodičové součástky, ALFA Bratislava,
1971
[2.7]
http://www.polovodice.cz/_files/images/sitove-diody.jpg
[2.8]
http://www.piekarz.pl/images/large/Diody%20sch.jpg
[4.1]
Richard C. Jaeger: Microelectronic Circuit Design, The McGraw-Hill
Companies, Inc.,1997
[4.2]
Matia J.: Diplomová práca, Elektrotechnická fakulta Žilinskej univerzity, 2004
[4.3]
Čuntala J., Hrianka M., Kejzlar M.: Elektronika, Žilinská univerzita EDIS, 1999
[4.4]
Vobecký J., Záhlava V.: Elektronika-součástky a obvody, principy a příklady,
Grada Publishing,spol.s.r.o.,Praha2000
[4.5]
Mihálka P.: Polovodičové súčiastky, ALFA Bratislava, 1976
[4.6]
Bém J. a kolektív: Československé polovodičové součástky, ALFA Bratislava,
1971
[4.7]
Frisch, H. : Základy elektroniky a elektronických obvodov, STNL Praha, 1987
[4.8]
Nigel P. Cook: First course in digital electronics, Prentice-Hall, Inc., 1999
[4.9]
http://smithsonianchips.si.edu/augarten/index.htm
[12.1]
Richard C. Jaeger: Microelectronic Circuit Design, The McGraw-Hill
Companies, Inc., 1997
[12.2]
Vobecký J., Záhlava V.: Elektronik Součástky a obvody, principy a příklady,
Grada Publishing, spol.s.r.o., Praha7, 2005
[12.3]
Čuntala J.: Elektronika 1, Žilinská univerzita EDIS, 2004
[12.4]
Helmar F., Šnejdar V.: Principy a vlastnosti polovodičových součástek, SNTL
Praha 1976
[12.5]
Michalík J.: Elektrotechnika I, Žilinská univerzita EDIS, 1996
[12.6]
Elektronické součastky, Vysokého učení technického v Brne, dokument
pdf,2002
[12.7]
Mišek J., Kučera L., Kortán J.: Polovodičové zdroje optického záření, SNTL
Praha,1988
[12.8]
http://www.kvt-elektronika.cz/obrazky/diody.JPG
[12.9]
http://www. ezk.cz\images\mpy7p.jpg
[12.10] http://www. ezk.cz\images\sld6505a.jpg
POĎAKOVANIE
Touto cestou ďakujem všetkým tým, ktorý sa akýmkoľvek spôsobom podieľali
na realizácii tejto diplomovej práci. Špeciálne by som chcel vyjadriť poďakovanie
vedúcemu diplomovej práce doc. Ing. Miroslavovi Hriankovi, PhD., za jeho odborné
rady, spoluprácu, poskytnuté materiály a cenné pripomienky k riešeniu diplomovej
práce.
ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE
Elektrotechnická fakulta
Katedra telekomunikácií
Multimediálny CBT kurz pre e-learning
Prílohová časť
Ján Duraj
2006
ZOZNAM PRÍLOH
Príloha č.1: CD-ROM s CBT kurzom a diplomovou prácou
Čestné vyhlásenie
Vyhlasujem, že som zadanú diplomovú prácu
vypracoval samostatne, pod
odborným vedením vedúceho diplomovej práce doc. Ing. Miroslav Hrianka, PhD.
a používal som len literatúru uvedenú v práci.
Súhlasím so zapožičiavaním diplomovej práce.
V Žiline........................
Podpis diplomanta.....................................
Download

Multimediálny CBT kurz pre e-learning