Физическая электроника и электронные приборы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
«Ивановский государственный химико-технологический университет»
Факультет неорганической химии и технологии
Кафедра технологии приборов и материалов электронной техники
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
По дисциплине «Физическая электроника и электронные
приборы».
подготовки специалистов с полным высшим образованием
по специальности
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ, МАТЕРИАЛОВ И
ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
Составитель: д.х.н., профессор В.И. Светцов
Иваново, 2011 г.
1. Выписка из ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО СТАНДАРТА
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
СД.02
Физическая электроника и электронные приборы:
электронные процессы в твердом теле: электронные
явления, обусловленные связанными электронами:
диэлектрические и магнитные характеристики твердых
тел;
электронные
явления,
обусловленные
квазисвободными
электронами:
основные
представления зонной теории твердого тела,
электронные явления в однородных полупроводниках,
статистические
методы
расчета
концентраций
носителей тока в полупроводниках и широкозонных
фотопроводниках, движение носителей тока в
полупроводниках, электрические и фотоэлектрические
явления,
электронная
эмиссия
металлов
и
полупроводников;
электронные
явления
в
твердотельных приборах: электропреобразовательные
и фотоэлектрические приборы;
оптические явления в твердом теле: фотометрические
понятия и величины; излучение в однородных
изотропных
твердых
телах:
распространение
излучения,
стимулированное
излучение,
характеристическая
и
рекомбинационная
люминесценция;
излучение
в
неоднородных
изотропных и анизотропных средах; оптические
системы;
электронные приборы: эмиссионная электроника;
эмиттеры электронов; движение электронов в электрических и магнитных полях, электронная оптика; электронно-лучевые приборы; движение электронов в
вакууме в режиме объемного заряда, вакуумные
приборы; приборы сверхвысоких частот; основы
физики
полупроводников;
полупроводниковые
приборы; физика электрических переходов и приборов
на их основе; биполярные и полевые транзисторы;
основы микроэлектроники; основные направления
развития
полупроводниковой
электроники;
газоразрядная электроника; элементарные процессы в
газах; пробой разрядного промежутка; виды разрядов и
их применение в приборах и технологии; плазма, основные понятия; теории плазмы; излучение плазмы;
основные типы газоразрядных приборов, лазеры и
индикаторные панели.
конкретное
содержание
отдельных
разделов
определяются с учетом специализации выпускников.
187
2
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
По дисциплине "ФИЗИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА И ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ"
Курс 4. Семестр 7. Зачет. экзамен - 7 семестр.
Всего часов по дисциплине: 185
Аудиторные занятия:
90 час.
Лекции - 45 час.
Лабораторно-практические занятия - 45 час.
Самостоятельная работа - 95 час.
1. ВВЕДЕНИЕ.
1.1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ:
Целью дисциплины является изучение физики электронных процессов в вакууме, газах,
твердых телах, на границах раздела сред и принципов построения и работы электронных
приборов различного назначения. Это одна из основных теоретических дисциплин
специальности, ибо без знания физики работы приборов невозможны сознательные и
эффективные подходы к разработке и организации технологических процессов.
1.2. ТРЕБОВАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ.
Специалист должен:
- иметь представление о современном состоянии и перспективах развития электроники и
электронных приборов, их принципах действия, функциональных возможностях и областях
применения.
- знать физические процессы, протекающие при движении электронов в вакууме, газах,
твердых телах и на границах раздела сред и физические основы работы основных классов
электронных приборов.
- владеть методами измерения параметров и характеристик электронных приборов,
оценочных расчетов основных эксплуатационных характеристик.
2.СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (Учебные модули).
2.1.Модуль 1. Вакуумная и газоразрядная электроника.
2.1.1.Лекционный материал: 15 час.
Электрон и его свойства. Электроны в металлах. Термоэлектронная эмиссия металлов.
Вывод и анализ уравнения Ричардсона-Дэшмана. Простые металлические термокатоды.
Влияние адсорбции атомов и молекул на работу выхода электронов из металла. Пленочные
термокатоды. Эффект Шоттки. Эмиссия с поверхности полупроводников. Оксидный катод.
Фотоэлектронная эмиссия. Основные закономерности, сложные фотокатоды. Вторичная
электронная эмиссия и её применение в приборах. Фотоэлектронные умножители.
Автоэлектронная эмиссия. Экзоэлектронная эмиссия. Эмиссия электронов под действием
ионной бомбардировки.
Электронная оптика - основные понятия. Электронные линзы. Движение электронов в
магнитных полях. Магнитные линзы. Электронно-оптические системы и принципы их
построения. Особенности формирования интенсивных пучков. Ионно-оптические системы.
Отклонение электронов в электрических и магнитных полях. Отклоняющие системы.
Принципы построения и работы электронно-лучевых приборов. Приемные ЭЛТ (
осциллографические, черно-белые и цветные кинескопы, проекционные и др. трубки ). Передающие ЭЛТ (диссекторы, суперортиконы,
видиконы и супервидиконы). Запоминающие ЭЛТ. Электронно-оптические преобразователи.
Движение электронов в режиме объемного заряда. Вывод уравнения "трех вторых".
Вольт-амперная характеристика вакуумного диода. Физические основы работы вакуумных
триодов, тетродов, пентодов. Особенности движения электронов в СВЧ-полях. Наведённые
токи. Физические основы работы клистронов, ламп бегущей волны, магнетронов.
Основные направления развития вакуумной электроники. Движение электронов в газах.
Столкновения. Элементарные процессы при столкновениях электронов с атомами и
молекулами. Несамостоятельный разряд и его применение в приборах. Пробой разрядного
промежутка. Закон Пашина. Тлеющий разряд. Феноменологическое описание. Теория катодных
областей разряда. Приборы тлеющего разряда. Физические основы дугового и искрового
3
разряда. ВЧ и СВЧ разряды. Коронный разряд. Применение разрядов. Плазма - основные
понятия. Параметры плазмы и их определение. Диффузионная теория плазмы. Особенности
теории плазмы низкого и высокого давлений. Излучение плазмы и его применение в приборах.
Газоразрядные индикаторные панели. Газоразрядные лазеры. Основные направления развития
газоразрядной электроники.
2.1.2.Лабораторные занятия: 12 час.
-определение эмиссионных постоянных вольфрамового термокатода;
-исследование закономерностей вторичной электронной эмиссии в ФЭУ.
-исследование осциллографической электроннолучевой трубки и кинескопа ;
-изучение параметров и характеристик приемно-усилительных ламп (диоды, триоды,
тетроды, пентоды);
-характеристики и параметры стабилитронов и тиратронов;
-измерение параметров плазмы;
-пробой разрядного промежутка;
-исследование излучения плазмы;
2.1.3.Практические занятия: 3 час.
- расчеты плотности тока термоэмиссии и выбор материала катода по заданным
требованиям;
- выбор материала фотокатода по заданным требованиям;
- анализ явления вторичной электронной эмиссии, выбор материала эмиттера, расчеты
ФЭУ.
- анализ работы и расчеты электрических и магнитных линз;
- принципы построения электронно-оптических систем;
- анализ работы и расчеты электрических и магнитных отклоняющих систем;
- физика работы электронно-лучевых приборов;
- анализ работы и расчеты приборов в режиме объемного заряда;
- анализ работы СВЧ приборов.
- анализ процессов столкновений электронов с тяжелыми частицами, закономерности
движения заряженных частиц в газах;
- несамостоятельные разряды и приборы на их основе, пробой разрядного промежутка;
- анализ условий возникновения и горения тлеющего, дугового, искрового разрядов,
приборы на из основе;
- расчеты параметров неравновесной плазмы и кинетических коэффициентов;
- анализ работы лазеров и газоразрядных индикаторных панелей.
2.1.4. Самостоятельная работа: 30 час. Выполнение индивидуального расчетного задания (с
применением ЭВМ). Подготовка к лабораторным и практическим занятиям, промежуточному
контролю. Оформление отчетов по лабораторным работам.
2.2. МОДУЛЬ 2.
Твердотельная электроника и микроэлектроника.
2.3.1. Лекционный материал: 15 час.
Свойства полупроводников. Влияние температуры, света, внешнего поля на
электропроводность полупроводника. Термисторы, фоторезисторы, варисторы. П-Р переход и
его свойства. Вывод формулы вольт-амперной характеристики п-р перехода. Пробой п-р
перехода. Полупроводниковые диоды: классификация, характеристики, применение.
Физические основы работы биполярного транзистора. Подход к расчету транзисторов. Ширина
и емкость п-р перехода. Физические основы работы полевых транзисторов. МДП-транзисторы.
Физические основы работы диодов Ганна, туннельных диодов, лавиннопролетных диодов.
Многослойные структуры. Физические основы микроэлектроники. Классификация микросхем
по степени интеграции и функциональному назначению. Элементы и компоненты микросхем.
Фотоэлектронные эффекты в п-р переходах. Фотодиоды, фототранзисторы, светодиоды,
полупроводниковые лазеры. Основы оптоэлектроники. Основные направления развития
твердотельной электроники.
2.2.2. Лабораторные занятия: 12 час.
4
-измерение характеристик и параметров полупроводниковых диодов;
-измерение характеристик и параметров биполярных транзисторов;
-исследование влияния температуры на параметры и характеристики диодов и
транзисторов;
-измерение параметров микросхем;
-исследование полупроводниковых фотоэлектронных приборов.
2.2.3. Практические занятия: 3 час.
- полупроводниковые материалы и приборы на их основе;
- расчеты характеристик электронно-дырочного перехода в равновесном состоянии;
- расчеты ВАХ полупроводникового диода, ширины и емкости перехода;
- анализ работы и подходы к расчету транзисторов;
- активные и пассивные элементы микросхем, физические основы микроэлектроники;
- анализ работы оптоэлектронных приборов и устройств, основные направления
функциональной электроники.
2.2.4. Самостоятельная работа: 30 час. Выполнение индивидуального расчетного задания
(с применением ЭВМ).
Подготовка к лабораторным и практическим занятиям,
промежуточному контролю. Оформление отчетов по лабораторным работам.
2.3. Модуль 3. Оптическая и квантовая электроника.
2.3.1. Лекционный материал. 15 часов.
Исторические этапы развития квантовой электроники. Энергетические состояния атомов,
молекул и твердых тел. Взаимодействие электромагнитного излучения с атомными системами и
твердыми телами. Спонтанные и вынужденные переходы, форма и ширина спектральных
линий.
Усиление и генерация оптического излучения, методы создания инверсии. Резонаторы
оптического диапазона. Активные среды лазеров. Общие особенности и характеристики
лазерного излучения.
Твердотельные лазеры, типы, особенности устройства, основные характеристики, области
применения.
Газовые лазеры, устройство и принципы работы. Атомные, ионные, молекулярные
газовые лазеры. Лазеры на самоограниченных переходах, эксимерные лазеры. Области
применения газовых лазеров.
Фотоэлектрические явления и излучательная рекомбинация в полупроводниках.
Полупроводниковые лазеры, типы, особенности устройства, основные характеристики, области
применения.
Жидкостные лазеры, типы, особенности устройства, основные характеристики, области
применения.
Исторические
этапы
развития
оптической
электроники.
Взаимодействие
электромагнитного излучения с атомными системами и твердыми телами. Физические основы
оптоэлектроники.
Элементы оптоэлектронных устройств. Источники излучения, полупроводниковые
лазеры, светоизлучающие диоды. Фотоприемники. Компоненты оптических схем и световоды.
Волоконно-оптические линии связи. Модуляторы, дефлекторы и преобразователи
электрических сигналов. Оптические методы обработки информации. Оптические
характеристики твердых тел. Механизмы оптического поглощения, влияние внешних
воздействий на свойства твердых тел. Отображение информации. Оптоэлектронные датчики и
преобразователи. Оптические запоминающие устройства. Основные направления и
перспективы развития оптоэлектроники.
2.3.2. Перечень лабораторных работ: 12 часов.
- Исследование спонтанных спектров излучения газов;
- исследование гелий-неонового лазера;
- исследование характеристик и параметров излучения лазера на неодимовом стекле;
- исследование поляризации и когерентности лазерного излучения;
- исследование поглощения и рассеяния излучения твердыми телами;
5
- исследование параметров и характеристик полупроводниковых приемников излучения;
- исследование параметров и характеристик светодиода;
- исследование волоконно-оптического световода;
- изучение параметров и характеристик оптопары.
2.3.3. Практические занятия: 3 час.
- анализ и расчеты взаимодействия электромагнитного излучения с атомными системами и
твердыми телами;
- анализ двух, трех и четырех уровневых схем генерации лазерного излучения;
- анализ методов создания инверсной заселенности уровней и расчеты усиления в
лазерных системах;
- анализ работы и оценки параметров твердотельных, полупроводниковых, газовых и
жидкостных лазеров;
- анализ и расчеты оптических характеристик твердых тел с учетом внешних воздействий;
- анализ работы, выбор источников и приемников излучения для различных областей
спектра.
2.3.4. Самостоятельная работа: 35 часов
Обработка и анализ результатов лабораторных работ, подготовка к коллоквиуму,
практическим занятиям, письменному экзамену.
3. ФОРМЫ ОТЧЕТНОСТИ:
3.1. Коллоквиумы - один по каждому лабораторному модулю, всего 3 коллоквиума по
графику.
3.2. Контрольные работы - письменные экзамены или тестирование по каждому модулю,
всего 3, по графику.
4. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
4.1. Основная:
1. Светцов, В. И., Холодков,, И. В. Физическая электроника и электронные приборы .—
Иваново, 2008 .— 494 с.
2. Дудкин, В.И. Квантовая электроника. Приборы и их применение : учеб. пособие для вузов.
- М. : Техносфера, 2006. - 432 с.
3. Светцов, В. И. Оптическая и квантовая электроника.— Иваново, изд. ИГХТУ, 2010 .— 196 с.
4. Пасынков, В. В., Чиркин, Л. К. Полупроводниковые приборы .— СПб.: Лань, 2001 .— 479 с.
5. Терехов, В.А. Задачник по электронным приборам .— СПб.: Лань, 2003 .— 278с. (40)
6. Светцов Вакуумная и плазменная электроника .— Иваново, 2003 .— 171с.
4.2. Дополнительная:
1. Ефимов, И.Е., Козырь, И.Я. Основы микроэлектроники .— М.: Высш.шк., 1983 .— 384с.
2. Соболев, В. Д. Физические основы электронной техники. М.: Высшая школа, 1979. 448 с.
3. Фридрихов, С.А., Мовнин, С.М. Физические основы электронной техники.М.: Высшая
школа, 1982. 608с.
4. Денискин, Ю.Д., Жигарев, А.А., Некрасова, И.Ф. Сборник вопросов по курсу "Электронные
приборы" .— М.: Энергия, 1972 .— 296с.
5. Сушков Вакуумная электроника : Физико-технические основы. СПб.: Лань, 2004. 462 с
6. Германюк, В.Н. Сборник задач по электровакуумным полупроводниковым приборам .— М.:
Высш.шк., 1973 .— 126с.
5. ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ.
5.1. Перечень программ для расчетов на ЭВМ:
-распределение электронов в металлах;
-эмиссионные характеристики термокатодов;
-расчет отклоняющих систем;
-расчет электронно-оптических систем;
-характеристики вакуумного диода;
-полупроводниковые диоды;
6
-биполярные транзисторы;
-полевые транзисторы;
-кинетика элементарных процессов в газовых разрядах.
-обработка экспериментальных данных, полученных при выполнении лабораторных работ;
5.2. Обучающе-контролирующие системы:
- тренировочные и контрольные тесты по каждому модулю;
- текст лекций с контрольными вопросами для самопроверки.
5.3. Справочно-информационные системы:
- база данных по приборам оптической и квантовой электроники, электровакуумным,
полупроводниковым и газоразрядным приборам.
4. График текущего и промежуточного контроля
График прохождения лабораторных и практических занятий
14
15
Контрольная работа, ЗАЧЕТ
13
Практическое занятие
12
Лабораторно-практическое занятие
11
Лабораторно-практическое занятие
10
Контрольная работа
9
Модуль 3
Практическое занятие
8
Лабораторно-практическое занятие
7
Лабораторно-практическое занятие
6
Лабораторно-практическое занятие
5
Контрольная работа
4
Модуль 2
Лабораторно-практическое занятие
Практическое занятие
3
Лабораторно-практическое занятие
2
Лабораторно-практическое занятие
1
ВВОДНОЕ ЗАНЯТИЕ
Модуль 1
Всего по текущей работе студент может набрать 50 баллов, в том числе:
- лабораторные работы по 3 балла каждая, всего 8 - 24 балла;
- практические занятия по 3 балла каждое, 3 занятия – 9 баллов;
- контрольные работы по 3 балла каждая, 3 работы – всего 9 баллов;
- домашнее задание или реферат – 8 баллов.
Зачет проставляется автоматически, если студент набрал по текущей работе не менее 26 баллов.
Минимальное количество баллов по каждому из видов текущей работы составляет половину от
максимального.
5. Карта обеспеченности дисциплины учебной и методической литературой
Основная литература
№ Описание
Светцов, В. И., Холодков,, И. В. Физическая электроника и
электронные приборы .— Иваново, 2008 .— 494 с.
Дудкин, В.И. Квантовая электроника. Приборы и их применение :
2
учеб. пособие для вузов. - М. : Техносфера, 2006. - 432 с.
Светцов, В. И. Оптическая и квантовая электроника.— Иваново, изд.
3
ИГХТУ, 2010 .— 196 с.
4 Пасынков, В. В., Чиркин, Л. К. Полупроводниковые приборы .—
1
Число
экземпляров
Число
студентов
ККО
150
20
—
3
—
—
50
—
—
14
—
—
7
СПб.: Лань, 2001 .— 479 с.
Терехов, В.А. Задачник по электронным приборам .— СПб.: Лань,
5
2003 .— 278с. (40)
Светцов Вакуумная и плазменная электроника .— Иваново, 2003 .—
6 171с. (50)
Холодков, И.В., Ефремов, А. М., Светцов, В. И. Твердотельная
электроника. Иваново, 2004 .— 194 с.
Светцов, В. И., Холодков,, И. В. Микроэлектроника и
8
наноэлектроника. Иваново,2009, 232с.
Дополнительная литература
7
№ Описание
1
2
3
4
5
6
7
8
Ефимов, И.Е., Козырь, И.Я. Основы микроэлектроники .— М.:
Высш.шк., 1983 .— 384с. (7)
Антипов, Б. Л. Материалы электронной техники .— М.: Высшая
школа, 1990 .— 208 с. (-)
Соболев, В. Д. Физические основы электронной техники .— М.:
Высшая школа, 1979 .— 448 с. (45)
Фридрихов, С.А., Мовнин, С.М. Физические основы электронной
техники.М.: Высшая школа, 1982. 608с.
Антипов, Б.Л., Сорокин, В.С., Терехов, В.А. Материалы электронной
техники:Задачи и вопросы .— М.: Высш.шк., 1990 .— 208с. (31)
Денискин, Ю.Д., Жигарев, А.А., Некрасова, И.Ф. Сборник вопросов
по курсу "Электронные приборы" .— М.: Энергия, 1972 .— 296с. (24)
Сушков Вакуумная электроника : Физико-технические основы .—
СПб. [и др.]: Лань, 2004 .— 462 с (15)
Германюк, В.Н. Сборник задач по электровакуумным
полупроводниковым приборам .— М.: Высш.шк., 1973 .— 126с. (24)
40
—
—
50
—
—
30
—
—
Число
экземпляров
Число
студентов
ККО
7
—
—
0
—
—
45
—
—
7
—
—
31
—
—
24
—
—
15
—
—
24
—
—
50
6. Перечень практических занятий по дисциплине и программа их
проведения
6.1. Цели и общая схема проведения практического занятия. Программа проведения
практических занятий.
Цель практических занятий – закрепление теоретического материала и выработка у студентов
умения решать задачи по практическим аспектам учебной дисциплины.
В соответствии с рабочей программой на практические занятия отводится 9 часов – по 3 часа на
каждый модуль дисциплины. На первом занятии преподаватель доводит до студентов порядок
и график проведения занятий, максимальное количество баллов, которое может набрать студент
по каждому модулю в соответствии с принятой в университете рейтинговой системой со 100балльной шкалой оценок
Практические занятия по дисциплине строятся следующим образом:
1. Вводная преподавателя (цели занятия, основные вопросы, которые должны быть
рассмотрены).
2. Беглый опрос.
3. Решение 1-2 типовых задач у доски. (1 час на п.п. 1 – 3).
4. Самостоятельное решение задач. (1 час).
5. Разбор типовых ошибок при решении, объявление оценок по модулю (1 час).
Задания и задачи для самостоятельного решения на практическом занятии могут быть
дифференцированы по степени сложности.
При этом можно использовать два пути:
1. Давать определенное количество задач для самостоятельного решения, равных по
трудности, а оценку ставить за количество решенных за определенное время задач.
2. Выдавать задания с задачами разной трудности и оценку ставить за трудность решенной
задачи.
По результатам самостоятельного решения задач следует выставлять по каждому
занятию оценку.
Оценка предварительной подготовки студента к практическому занятию
8
может быть сделана путем экспресс-тестирования (тестовые задания закрытой формы) в
течение 5, максимум - 10 минут. Таким образом, на каждом занятии каждому студенту
выставляются по крайней мере две оценки.
6.2. Перечень практических занятий.
Практические занятия проводятся по следующим темам:
- расчеты плотности тока термоэмиссии и выбор материала катода по заданным
требованиям;
- выбор материала фотокатода по заданным требованиям;
- анализ явления вторичной электронной эмиссии, выбор материала эмиттера, расчеты
ФЭУ.
- анализ работы и расчеты электрических и магнитных линз;
- принципы построения электронно-оптических систем;
- анализ работы и расчеты электрических и магнитных отклоняющих систем;
- физика работы электронно-лучевых приборов;
- анализ работы и расчеты приборов в режиме объемного заряда;
- анализ работы СВЧ приборов.
- анализ процессов столкновений электронов с тяжелыми частицами, закономерности
движения заряженных частиц в газах;
- несамостоятельные разряды и приборы на их основе, пробой разрядного промежутка;
- анализ условий возникновения и горения тлеющего, дугового, искрового разрядов,
приборы на из основе;
- расчеты параметров неравновесной плазмы и кинетических коэффициентов;
- анализ работы лазеров и газоразрядных индикаторных панелей.
- полупроводниковые материалы и приборы на их основе;
- расчеты характеристик электронно-дырочного перехода в равновесном состоянии;
- расчеты ВАХ полупроводникового диода, ширины и емкости перехода;
- анализ работы и подходы к расчету транзисторов;
- активные и пассивные элементы микросхем, физические основы микроэлектроники;
- анализ работы оптоэлектронных приборов и устройств, основные направления
функциональной электроники.
- анализ и расчеты взаимодействия электромагнитного излучения с атомными системами и
твердыми телами;
- анализ двух, трех и четырех уровневых схем генерации лазерного излучения;
- анализ методов создания инверсной заселенности уровней и расчеты усиления в
лазерных системах;
- анализ работы и оценки параметров твердотельных, полупроводниковых, газовых и
жидкостных лазеров;
- анализ и расчеты оптических характеристик твердых тел с учетом внешних воздействий;
- анализ работы, выбор источников и приемников излучения для различных областей
спектра.
7. Комплект заданий и задач для практических занятий
На практических занятиях используются задания и задачи, приведенные в перечисленных ниже
учебных пособиях:
1. В.И. Светцов. Вакуумная и газоразрядная электроника. Иваново, изд. ИГХТУ, 2003 г.
2. В.И. Светцов. Оптическая и квантовая электроника. Минск, 2000 г., 112 с., изд. ИГХТУ. 2002
г., 112 с.
3. И.В. Холодков, А.М. Ефремов, В.И. Светцов. Твердотельная электроника. Иваново, Изд.
ИГХТУ, 2004 г., 196 с.
4. Денискин Ю.Д. и др. Сборник вопросов по курсу "Электронные приборы":Учеб.пособие для
вузов/ Денискин Ю.Д.,А.А.Жигарев,И.Ф.Некрасова;.-М.:Энергия,1972.-296 с.
5. Германюк В.Н. Сборник задач по электровакуумным полупроводниковым приборам:
Учеб.пособие. - 2-е изд., доп. -М.: Высш.шк., 1973. 126 с.
9
6. В.А. Терехов. Задачник по электронным приборам. Учебное пособие. СПб, Лань, 2003, 278 с.
8. Перечень лабораторных занятий по дисциплине и порядок их проведения
8.1. Порядок прохождения лабораторного практикума
Лабораторный практикум выполняется в соответствии с графиком и календарным планом,
составляемым на каждый учебный год. По дисциплине "Вакуумная и плазменная электроника"
объем лабораторного практикума составляет 21 час и студенты выполняют 4 - 6 лабораторных
работ в зависимости от их сложности (1 - 2 работы по каждому модулю). Описания всех
возможных лабораторных работ приведены в лабораторном практикуме [4]. Каждая
лабораторная работа выполняется, как правило, индивидуально. Допускается выполнение
отдельных лабораторных работ бригадами в составе не более двух студентов.
На первом, вводном занятии до студентов доводится содержание и календарный план
проведения практикума, Указывается число баллов, которое может набрать студент при
выполнении лабораторного практикума в соответствии с действующей в вузе рейтинговой
системой со 100-балльной шкалой оценок, проводится инструктаж по технике безопасности при
выполнении работ с оформлением в соответствующем журнале. На этом же занятии
преподаватель выдает задания по лабораторным работам первого модуля.
Лабораторные работы выполняются в соответствии с модулями, указанными в рабочей
программе. По завершении каждого модуля проводится итоговое занятие, на котором
обсуждаются результаты его выполнения и выдаются задания по работам следующего модуля.
Итоговое занятие по последнему модулю завершает лабораторный практикум в целом.
Перед каждой лабораторной работой студент сдаёт краткий коллоквиум, отражающий
уровень предварительной подготовки к выполнению работы. Коллоквиум проводится в виде
устного собеседования с преподавателем или путем тестирования на ПЭВМ.
В процессе выполнения работы студент
а) изучает по литературным данным параметры и характеристики исследуемого прибора или
макета, обращая особое внимание на предельно эксплуатационные параметры;
б) составляет план проведения эксперимента, оценивает интервал изменения измеряемых
величин, выбирает количество характеристик, подлежащих измерению и число точек на
кривых, обращая особое внимание на возможные немонотонности в их ходе, согласует план
работы с преподавателем;
в) изучает экспериментальную установку, собирает (если нужно) измерительную схему,
знакомится с правилами эксплуатации всех её элементов и электрорадиоизмерительных
приборов;
г) готовит установку к работе и проверяет правильность подготовки у преподавателя или
дежурного инженера;
д) включает нужные приборы и выполняет запланированный объем измерений, обращая
внимание на воспроизводимость результатов. Все экспериментальные данные и показания
приборов заносятся в рабочий журнал без каких-либо пересчетов или преобразований в уме;
е) проводит предварительную обработку результатов эксперимента и сравнивает их с
ожидаемыми. Предъявляет полученные данные преподавателю или дежурному инженеру;
ж) выключает установку и сдает ее дежурному инженеру.
Все данные, полученные в ходе работы, записываются в рабочий лабораторный журнал.
Рабочий журнал по лабораторному практикуму ведется в отдельной тетради. По каждой
лабораторной работе в журнал заносятся:
- название работы;
- задание на выполнение работы;
- план работы;
- схема установки;
- первичные экспериментальные данные в виде таблиц без каких-либо пересчетов или
преобразований;
- результаты предварительной обработки данных в объеме, необходимом для определения их
полноты и надежности.
10
По окончании работы лабораторный журнал подписывается преподавателем.
По итогам каждой лабораторной работы оформляется отчет, который сдается
преподавателю на следующем после выполнения данной работы занятии.
Отчет должен включать:
- краткое теоретическое введение, отражающее устройство, принцип действия и
назначение исследуемого прибора;
- задание на выполнение работы;
- план проведения эксперимента;
- схему установки и ее краткое описание;
- результаты и их обсуждение, в том числе анализ погрешности эксперимента, методику
обработки результатов,
-теоретические расчеты, анализ полученных данных и сравнение их с литературными;
-выводы;
- список использованной литературы.
По итогам каждой лабораторной работы преподаватель выставляет оценку,
учитывающую предварительную подготовку, объем и качество экспериментальной части
работы, глубину обсуждения результатов и качество отчета.
"Удовлетворительно" выставляется при выполнении работы по стандартной схеме и
удовлетворительном знании основных закономерностей изучаемого явления.
"Хорошо" выставляется при наличии творческого, тщательно продуманного плана
работы, качественного выполнения экспериментальной части, детального анализа полученных
результатов и хороших знаний изучаемого вопроса.
"Отлично" требует нестандартного подхода к выполнению работы, включения в нее
элементов исследования, машинной обработки результатов.
Каждая из полученных студентом оценок в конечном итоге влияет на итоговую оценку по
предмету.
8.2. Перечень лабораторных работ по каждому модулю курса приведен в рабочей
программе и в лабораторном практикуме [4].
При выполнении лабораторного практикума студент выполняет 6 – 8 лабораторных работ
из приводимого ниже перечня в соответствии с графиком:
-определение эмиссионных постоянных вольфрамового термокатода;
-исследование характеристик и определение спектральной чувствительности вакуумного
фотоэлемента, ФЭУ;
-исследование закономерностей вторичной электронной эмиссии в ФЭУ.
-исследование осциллографической электроннолучевой трубки и кинескопа ;
-изучение параметров и характеристик приемно-усилительных ламп (диоды, триоды,
тетроды, пентоды);
-исследование характеристик клистрона и СВЧ-тракта.
-характеристики и параметры стабилитронов и тиратронов;
-измерение параметров плазмы;
-пробой разрядного промежутка;
-исследование излучения плазмы;
-измерение характеристик и параметров полупроводниковых диодов;
-измерение характеристик и параметров биполярных транзисторов;
-исследование влияния температуры на параметры и характеристики диодов и
транзисторов;
-измерение параметров микросхем;
-исследование полупроводниковых фотоэлектронных приборов.
- Исследование спонтанных спектров излучения газов;
- исследование гелий-неонового лазера;
- исследование характеристик и параметров излучения лазера на неодимовом стекле;
- исследование поляризации и когерентности лазерного излучения;
- исследование поглощения и рассеяния излучения твердыми телами;
- исследование параметров и характеристик полупроводниковых приемников излучения;
11
- исследование параметров и характеристик светодиода;
- исследование волоконно-оптического световода;
- изучение параметров и характеристик оптопары
Описания к лабораторным работам и порядок выполнения практикума изложены в учебном
пособии «Лабораторный практикум по физической электронике и электронным приборам» под
ред. В.И.Светцова. Иваново, изд. ИГХТУ, 2002 год, 236 с., имеющем гриф УМО.
9. Перечень лабораторного оборудования и оргтехники, используемых при
проведении лабораторного практикума
При проведении лабораторного практикума используется дисплейный класс кафедры (10
ПЭВМ типа Pentium), а так же стенды и установки для исследования
- характеристик вакуумного диода и определения эмиссионных постоянных
термокатода
- характеристик и определения параметров приемно-усилительных ламп
- электронно-лучевой трубки и электронного осциллографа
- характеристик СВЧ-трактов
- характеристик и определения спектральной чувствительности вакуумных
фотоэлектронных приборов
- вторичной электронной эмиссии динодов ФЭУ
- электрических свойств и цветовых характеристик кинескопов
- газоразрядного стабилизатора напряжения
- напряжения пробоя разрядного промежутка и напряжения горения тлеющего
разряда
- плазмы зондовым методом
- излучения газоразрядной плазмы
- спонтанных спектров излучения газов;
- гелий-неонового лазера;
- характеристик и параметров излучения лазера на неодимовом стекле;
- поляризации и когерентности лазерного излучения;
- поглощения и рассеяния излучения твердыми телами;
- параметров и характеристик полупроводниковых приемников излучения;
- параметров и характеристик светодиода;
- волоконно-оптического световода;
- параметров и характеристик оптопары.
- характеристик и параметров полупроводниковых диодов;
- характеристик и параметров биполярных транзисторов;
- влияния температуры на параметры и характеристики диодов и транзисторов;
- параметров микросхем;
- полупроводниковых фотоэлектронных приборов.
Перечень оборудования на каждой установке приводится в учебном пособии «Лабораторный
практикум по физической электронике и электронным приборам» под ред. В.И.Светцова.
Иваново, изд. ИГХТУ, 2002 год, 236 с.
10. Комплект заданий для самостоятельной работы, тематика рефератов по
дисциплине
Для самостоятельной работы используются задания и задачи, приведенные в
перечисленных ниже учебных пособиях:
1. В.И. Светцов. Вакуумная и газоразрядная электроника. Иваново, изд. ИГХТУ, 2003 г.
2. В.И. Светцов. Оптическая и квантовая электроника. Минск, 2000 г., 112 с., изд. ИГХТУ. 2002
г., 112 с.
3. И.В. Холодков, А.М. Ефремов, В.И. Светцов. Твердотельная электроника. Иваново, Изд.
ИГХТУ, 2004 г., 196 с.
12
4. Денискин Ю.Д. и др. Сборник вопросов по курсу "Электронные приборы":Учеб.пособие для
вузов/ Денискин Ю.Д.,А.А.Жигарев,И.Ф.Некрасова;.-М.:Энергия,1972.-296 с.
5. Германюк В.Н. Сборник задач по электровакуумным полупроводниковым приборам:
Учеб.пособие. - 2-е изд., доп. -М.: Высш.шк., 1973. 126 с.
6. В.А. Терехов. Задачник по электронным приборам. Учебное пособие. СПб, Лань, 2003, 278 с.
Примерные темы рефератов:
1. Физические основы и элементная база оптоэлектроники.
2. Светоизлучающие полупроводниковые приборы.
3. Полупроводниковые приемники излучения.
4. Световоды.
5. Криоэлектроника.
6. Акустоэлектроника.
7. Магнитоэлектроника.
8. Диэлектрическая электроника.
9. Приборы на эффекте Ганна.
10. Приборы с зарядовой связью.
11. Аморфные полупроводнини и приборы на их основе.
12. Органические полупроводники и возможности их применения в электронной технике.
13. Приборы на основе арсенида галлия.
14. Биоэлектроника.
15. Хемотроника.
16. Фотоумножители на микроканальных пластинах.
17. Электронно-оптические преобразователи.
18. Применение волоконно-оптических и микроканальных пластин для усиления яркости
изображения.
19. Лазеры на парах металлов.
20. Эксимерные лазеры.
21. Полупроводниковые лазеры.
22. Гетеропереходы и их применение в приборах.
23. Новые приборы на основе арсенида галлия.
24. Твердотельные приборы на основе соединений элементов второй и шестой групп.
25. Твердотельные приборы на основе соединений элементов четвертой группы.
26. Жидкокристаллические системы отображения информации.
27. Физика электролюминесцентных панелей.
28. Системы отображения информации на основе полупроводниковых приборов.
29. Газоразрядные индикаторные панели в системах отображения информации.
30. Новые электронно-лучевые приборы.
11. Комплект контрольно-измерительных материалов для текущего,
промежуточного и итогового контроля
Контроль знаний студентов на всех этапах осуществляется путем компьютерного
тестирования. Комплект тестовых заданий по дисциплине состоит из 300 заданий – в основном
закрытого типа. Выдаваемый каждому студенту индивидуальный тест включает 20 заданий по
каждому модулю и генерируется с помощью специальной программы. Время проведения
тестирования рассчитывается исходя из двух минут на одно задание. Пример контрольного
теста приведен ниже.
Варианты заданий для программированного контроля студентов
Вакуумная электроника
При движении электрона в магнитном поле:
1.
траектория движения не изменяется
13
2.
траектория движения изменяется
3.
энергия электрона не изменяется
Волновые свойства электрона проявляются, если его движение ограничено областью
пространства, линейные размеры которого по отношению к длине волны Де-Бройля электрона
1. много меньше
2. соизмеримы
3. много больше
Для нахождения энергии уровня Ферми в металле необходимо знать:
1. концентрацию электронов в металле
2. работу выхода электронов из металла
3. среднюю энергию электронов в металле
С увеличением работы выхода электронов из металла плотность термоэлектронного тока:
1. линейно возрастает
2. увеличивается экспоненциально
3. уменьшается
Фотоэлектронная эмиссия - это испускание электронов под действием
1. нагревания
2. электрического поля
3. электромагнитного излучения
Типичная спектральная характеристика фотокатода имеет вид
1. монотонно растущей кривой
2. монотонно убывающей кривой
3. кривой с максимумом
Глубина проникновения первичных электронов в металл пропорциональна их энергии
1. в степени 1/2
2. в степени 3/2
3. в степени 2
Автоэлектронная эмиссия – это испускание электронов твердым телом под действием
1. электромагнитного излучения
2. нагревания
3. внешнего электрического поля
Основным условием существования объемного заряда в вакуумном диоде является
1. превышение тока эмиссии над анодным током
2. равенcтво тока эмиссии и анодного тока
3. превышение анодного тока над эмиссионным
Рабочим режимом вакуумного диода является
1. режим насыщения
2. режим объемного заряда
3. любой участок ВАХ диода
Сетка в триоде служит для
1. снижения анодного напряжения
2. управления анодным током
3. управления плотностью объемного заряда
Коэффициент усиления триода – это частная производная
1. анодного тока по анодному напряжению
2. анодного напряжения по анодному току
3. анодного напряжения по сеточному напряжению
Динатронный эффект проявляется
1. только в диодах
2. только в триодах
3. только в тетродах
В однородном магнитном поле траекторией электрона является
1. спираль
2. парабола
14
3. гипербола
Чувствительность электростатической отклоняющей системы
1. растет с ростом длины отклоняющих пластин
2. растет с уменьшением длины отклоняющих пластин
3. не зависит от длины отклоняющих пластин
В кинескопе используется
1. электростатическая фокусировка
2. электростатическое отклонение луча
3. магнитная фокусировка
Осциллографические трубки относятся к ЭЛТ типа
1. передающих
2. приемных
3. запоминающих
Напряженность однородного электрического поля между двумя параллельными пластинами
1. уменьшается от катода к аноду
2. увеличивается от катода к аноду
3. неизменна
На участке насыщения ВАХ вакуумного диода анодный ток
1. постоянен
2. растет из-за проявления эффекта Шоттки
3. растет из-за проявления туннельного эффекта
Вторичная электронная эмиссия – это испускание электронов под действием
1. нагревания
2. электромагнитного излучения
3. внешнего электрического поля
Плазменная электроника
При упругих столкновениях с атомами или молекулами газа электроны
1. теряют часть энергии пропорционально отношению масс
2. не обмениваются энергией
3. приобретают часть энергии пропорционально отношению масс
Состояние вещества в виде низкотемпературной плазмы реализуется в
1. положительном столбе тлеющего разряда
2. катодных областях тлеющего и дугового разряда
3. искровом разряде
При неупругих столкновениях второго рода с атомами и молекулами газа электроны
1. теряют большую часть энергии
2. теряют малую часть энергии
3. приобретают энергию
Электронное возбуждение атомов и молекул газа при электронном ударе –это процесс
столкновения
1. упругий
2. неупругий первого рода
3. неупругий второго рода
Зависимость сечения возбуждения атомов и молекул при электронном ударе от энергии
электронов имеет вид
1. экспоненциально возрастающей кривой
2. кривой с максимумом
3. кривой с минимумом
В условиях неравномерного распределения электрического поля в разрядном промежутке,
когда радиус кривизны одного электрода существенно отличается от другого, наиболее
вероятно возникновение разряда
1. тлеющего
15
2. высокочастотного
3. коронного
Прерывистый характер присущ разряду
1. дуговому
2. искровому
3. тлеющему
Поддержание самостоятельного тлеющего разряда постоянного тока обеспечивается
1. термоэлектронной эмиссией
2. вторичной электрон-ионной эмиссией
3. фотоэлектронной эмиссией
Для неравновесной газоразрядной плазмы низкого давления характерное соотношение энергии
частиц газа (Ег), ионов (Еи) и электронов (Ее) имеет вид
1. Ее = Еи = Ег
2. Ее >> Еи > Ег
3. Еи > Ее > Ег
Сверхвысокочастотные методы диагностики плазмы преимущественно применяются для
исследования характеристик
1. дугового и высокочастотного разрядов высокого давления
2. искровых разрядов
3. тлеющего разряда низкого давления
Образование заряженных частиц в объеме самостоятельного тлеющего разряда происходит в
основном за счет:
1. термической ионизации
2. ионизации при прямом электронном ударе
3. фотоионизации
Зависимость потенциала зажигания разряда от давления (кривая Пашена) имеет вид:
1. монотонно растущей кривой
2. монотонно убывающей кривой
3. кривой с минимумом
Вольт-амперная характеристика дугового разряда (в виде зависимости напряжения от тока
разряда) представляет собой
1. возрастающую кривую
2. прямую линию, параллельную оси тока
3. убывающую кривую
В газовых стабилитронах используется участок вольт-амперной характеристики,
соответствующий
1. аномальному тлеющему разряду
2. нормальному тлеющему разряду
3. дуговому разряду
Закономерности развития какого разряда позволяет описать понятие стриммера
1. дугового
2. тлеющего
3. искрового
Уменьшить напряжение зажигания тлеющего разряда можно
1. изготовив электроды из материала с меньшей работой выхода электронов
2. изготовив электроды из материала с большей работой выхода электронов
3. добавив к основному газу легкоионизируемую примесь
Зондовые методы исследования плазмы позволяют определить
1. среднюю энергию электронов
2. концентрацию атомов в возбужденном состоянии
3. температуру нейтральной компоненты плазмы
Скорость дрейфа электронов – это скорость:
1. теплового хаотического движения
2. скорость движения электронов на внешней орбите атома или молекулы
16
3. скорость направленного движения вдоль силовых линий поля
Принцип Франка-Кондона заключается в:
1. постоянстве межъядерного расстояния при переходе в электронно-возбужденное состояние
2. постоянстве плотности тока в области нормального тлеющего разряда состояние
3. уменьшении коэффициента диффузии положительных ионов в тлеющем разряде низкого
давления
Ртуть в люминесцентных лампах используется:
1. для облегчения зажигания разряда
2. для создания инверсной заселенности в атомах неона
3. как источник УФ излучения
Квантовая электроника
Во сколько раз усиливается излучение по мощности, если коэффициент
усиления составляет 20 дБ
1. в 10 раз
2. в 100 раз
3. в 20 раз
Спонтанное испускание фотона веществом
1. требует внешнего воздействия магнитным полем
2. требует внешнего воздействия электрическим полем
3. не зависит от внешних воздействий
Коэффициент Эйнштейна для вынужденного оптического перехода и среднее время жизни
частицы в возбужденном состоянии связаны
1. логарифмической зависимостью
2. прямопропорциональной зависимостью
3. обратнопропорциональной зависимостью
Доплеровское уширение спектральной линии
1. определяется временем жизни частиц в возбужденном состоянии
2. связано с частотой столкновения излучающих частиц
3. связано со скоростью хаотичного движения излучающих частиц
Преимущество сферических зеркал оптических резонаторов перед плоскими заключается в том,
что
1. их площадь больше
2. требуется значительно меньшая точность их установки
3. они выдерживают более высокую температуру
Оптический резонатор в лазере служит для
1. создания инверсной заселенности в активной среде
2. поляризации излучения
3. многократного пропускания излучения через активную среду
В гелий-неоновом лазере генерация излучения происходит
1. при переходах между электронными уровнями неона
2. при переходах между электронными уровнями гелия
3. при переходах между колебательными уровнями молекулы Ne2
Гелий в гелий-неоновом лазере необходим для
1. управления длиной волны излучения
2. увеличения коэффициента вторичной ион-электронной эмиссии
3. температурной стабилизации среды
В эксимерных лазерах для создания инверсной заселенности используется
1. химическая реакция
2. прохождение потока газа через сопло
3. флуоресценция органического красителя
Какой из перечисленных лазеров генерирует излучение в ультрафиолетовой области спектра?
1. рубиновый
17
2. эксимерный
3. на неодимовом стекле
Выберите наиболее известные лазеры, работающие в инфракрасной области спектра
1. лазер на СО2
2. лазер на неодимовом стекле
3. гелий-неоновый лазер
Выберите лазеры, работающие в видимой области спектра
1. гелий-неоновый лазер
2. эксимерный лазер
3. лазер на СО2
В веществе с двухуровневой энергетической схемой (Е1 < E2) с помощью системы накачки
1. инверсную заселенность получить невозможно
2. инверсная заселенность достигается при сравнительно малых мощностях накачки
3. инверсная заселенность достигается только при больших мощностях накачки
Для создания лазера на n-p переходе необходимо применить
1. собственные кремний или германий
2. слаболегированные полупроводники
3. сильнолегированные полупроводники
Одно из зеркал оптических резонаторов в лазерах делается полупрозрачным с целью
1. увеличить монохроматичность излучения
2. вывести излучение из объема резонатора
3. уменьшить размеры резонатора
Степень монохроматичности лазерного излучения
1. обратно пропорциональна добротности резонатора
2. пропорциональна квадрату добротности резонатора
3. не зависит от добротности резонатора
Добротность оптического резонатора
1. прямо пропорциональна его длине
2. обратно пропорциональна его длине
3. пропорциональна квадратному корню от его длины
Наименьшим порогом создания инверсной заселенности обладает
1. одноуровневая система
2. двухуровневая система
3. трехуровневая система
4. четырехуровневая система
Наличие столкновительного уширения спектральной линии лазерного излучения является
характерной особенностью лазеров
1. полупроводниковых
2. жидкостных
3. газовых
Какие из перечисленных типов лазеров позволяют изменять частоту излучения в широких
пределах
1. рубиновый
2. лазер на красителях
3. гелий-неоновый
Оптическая электроника
Длина волны излучаемого светодиодом света зависит от
1. потока инжектированных через переход носителей
2. ширины запрещенной зоны полупроводника
3. величины приложенного к переходу прямого напряжения
При работе фотоэлектрических приборов в фотовентильном режиме
1. внешнее напряжение не прикладывается
18
2. на переход подается прямое напряжение
3. на переход подается обратное напряжение
Если n1 – показатель преломления сердцевины световода, а n2 – показатель преломления его
оболочки, то для них будет выполняться следующее условие
1. n2 > n1
2. n2 < n1
3. n2 = n1 = 1
Если в поперечном сечении оптического волокна уменьшение показателя преломления от
центра к краю происходит плавно, то этот элемент –
1. линейный световод
2. рассеивающий световод
3. градиентный световод
Создать жидкокристаллический индикатор с изменяемым цветом ячейки можно, если
использовать эффект
1. "твист-эффект"
2. "гость-хозяин"
3. Шоттки
Длинноволновая граница спектральной чувствительности фотодиода определяется
1. скоростью поверхностной рекомбинации
2. шириной запрещенной зоны полупроводника
3. величиной приложенного к фотодиоду напряжения
Для изготовления фоторезисторов применяются
1. собственные полупроводники
2. сегнетоэлектрики
3. сильнолегированные полупроводники
Величина фототока, протекающего через np переход при воздействии на него светового потока
с интенсивностью Ф определяется выражением (к – коэффициент фоточувствительности)
1. I = кln(Фn)
2. I = кФn
3. I = exp(кФ)
Наибольшая длина волны, при которой наблюдается поглощение излучения полупроводником,
соответствует
1. примесному поглощению
2. решеточному поглощению
3. собственному поглощению при прямых переходах
Какому из механизмов поглощения в полупроводнике соответствует наименьшая длина волны
поглощаемого излучения
1. собственному
2. примесному
3. поглощению свободными носителями заряда
Полуволновое напряжение управления электрооптического модулятора – это напряжение, при
котором
1. пропускание модулятора максимально
2. сдвиг фаз между лучами составляет половину длины волны
3. интенсивность проходящего излучения увеличивается вдвое
Положение максимума на спектральной характеристике фоторезистора определяется
1. напряжением, приложенным к фоторезистору
2. углом падения излучения на поверхность фоторезистора
3. ширины запрещенной зоны полупроводника
Дефлекторы электронно-оптических линий предназначены для изменения
1. во времени поляризации лазерного излучения
2. по заданному закону интенсивности лазерного излучения
3. во времени положения пучка лазерного излучения
19
В каком случае вольтметр, подключенный к однородному кристаллу полупроводника,
зафиксирует появление фото-ЭДС
1. при освещении красным светом сильнолегированного кристалла германия
2. при освещении зеленым светом сильнолегированного кристалла кремния
3. во всех случаях вольтметр покажет 0, так как фото-ЭДС не образуется
В отличие от обычного фотодиода, инжекционный фотодиод
1. эксплуатируется только при прямом включении
2. может работать только при обратной полярности приложенного напряжения
3. обладает существенно меньшей чувствительностью
Изменение показателя преломления кристалла при проявлении эффекта Поккельса
пропорционально (E – напряженность электрического поля)
1. Е
2. (Е)2
3. (Е)1/2
Изменение показателя преломления ячейки Керра пропорционально (E – напряженность
электрического поля)
1. Е
2. (Е)2
3. ln(Е)
Анализатор электрооптического модулятора служит для
1. изменения фазы лазерного излучения
2. преобразования изменения фазы излучения в изменение интенсивности
3. изменения длины волны лазерного излучения
Числовая апертура световода определяет
1. величину потерь мощности излучения на единице длины
2. количество максимумов на спектральной характеристике
3. максимальный угол, при котором возможен ввод излучения в световод
Итоговый контроль (экзамен) проводится в письменной форме по вопросам,
приводимым ниже. Экзаменационный билет включает пять вопросов из приводимого ни же
перечня. Максимальное количество баллов на экзамене – 50. Ответ на каждый вопрос
оценивается из 10 баллов.
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ
для итогового контроля по дисциплине
I. ВАКУУМНАЯ И ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА.
1. Корпускулярные и волновые свойства электронов.
2. Термоэлектронная эмиссия, анализ уравнения Ричардсона - Дэшмана.
3. Влияние адсорбции атомов и молекул на работу выхода электронов из металла.
Пленочные термокатоды.
4. Простые металлические термокатоды. Параметры и выбор материала катода.
5. Полупроводниковые термокатоды. Оксидный катод.
6. Основные закономерности фотоэлектронной эмиссии. Сложные полупроводниковые
фотокатоды и их применение в приборах.
7. Основные закономерности вторичной электронной эмиссии. Физика работы и
устройство фотоэлектронных умножителей.
8. Автоэлектронная эмиссия и ее применение.
9. Основные допущения и исходные предпосылки теории движения электронов в режиме
объемного заряда. Вакуумные диоды.
10. Триоды. Устройство, принцип действия, параметры.
11. Физика работы и параметры тетродов и пентодов.
12. Основные принципы электронной оптики. Сходство и различия электронной и
геометрической оптик.
20
13. Электростатические линзы.
14. Магнитные линзы.
15. Принципы построения и работы электронно-оптических систем.
16. Электростатическое отклонение электронных пучков.
17. Магнитное отклонение электронных пучков.
18. Осциллографические электронно-лучевые трубки - устройство и физика работы.
19. Черно-белые и цветные кинескопы - устройство и физика работы.
20. Передающие электронно-лучевые трубки.
21. Физика работы клистронов.
22. Лампы бегущей и обратной волны.
23. Физические основы работы магнетронов.
24. Типы столкновений электронов с тяжелыми частицами и их количественные
характеристики.
25. Процессы образования возбужденных атомов и молекул в условиях разряда.
26. Процессы образования и гибели заряженных частиц в разрядах.
27. Несамостоятельный разряд и его применение в приборах.
28. Пробой разрядного промежутка. Закон Пашена.
29. Тлеющий разряд. Условия возникновения и феноменологическое описание.
30. Анализ процессов, структура и применение в приборах катодных областей разряда.
31. Физика и применение дугового разряда.
32. Физика и применение искрового разряда.
33. Плазма. Основные понятия, параметры, свойства.
II. ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
1. Влияние температуры на электропроводность полупроводников. Термисторы.
2. Влияние светового облучения на электропроводность полупроводников.
Фоторезисторы.
3. П - Р переход в равновесном состоянии.
4. Анализ вольт-амперной характеристики П - Р перехода. Идеальная и реальная ВАХ.
5. Ширина и емкость П-Р перехода.
6. Физика работы и применение полевых транзисторов с П-Р переходом.
7. Пробой П-Р перехода. Использование явления пробоя в приборах.
8. Физика работы и применение туннельных диодов.
9. Физика работы и применение диодов Ганна.
10. Принцип действия и устройство биполярного транзистора.
11. Переход металл-полупроводник. Диоды Шоттки.
12. Типы и физические основы работы МДП транзисторов.
13. Параметры и характеристики биполярных и МДП транзисторов, их сравнение.
14. Физические основы работы полупроводниковых фотодиодов и фототранзисторов, их
применение.
15. Анализ вольт-амперной характеристики и режимы работы фотодиодов.
16. Светоизлучающие полупроводниковые приборы.
17. Гетеропереходы. Физика работы и применение.
18. Микроэлектроника - основные понятия, классификация микросхем.
19. Активные элементы микросхем.
20. Пассивные элементы микросхем.
III. КВАНТОВАЯ И ОПТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
1. Испускание и поглощение излучения при взаимодействии квантовых систем и
электромагнитного поля. Коэффициенты Эйнштейна и связь между ними.
2. Инверсная населенность, условия ее возникновения, усиление сигнала в инверсной
среде.
3. Форма и ширина спектральных линий.
4. Общее устройство и краткое описание основных элементов лазера.
21
5. Способы создания инверсной населенности.
6. Условия создания инверсной населенности. Двух, трех и четырех уровневые схемы, их
сравнение.
7. Оптические резонаторы.
8. Свойства лазерного излучения (монохроматичность, когерентность, направленность,
мощность).
9. Оптоэлектроника. Основные определения. Принципиальные преимущества
оптоэлектронных приборов и устройств. Перспективы развития оптоэлектроники.
10. Светодиоды как источники излучения для оптоэлектроники.
11. Инжекционные полупроводниковые лазеры - физические основы работы.
12. Фотоэлектронные приемники излучения - общая характеристика и сравнение
приемников различного типа. Фотоприемники на основе фоторезисторов и фотодиоды.
Фототранзисторы.
13. Физические основы модуляции лазерного излучения. Оптические модуляторы.
Дефлекторы.
14. Оптические световоды и волоконно-оптические кабели. Устройства для ввода и
вывода сигнала, оптические разъемы, разветвители, смесители.
15. Структура волоконно-оптической линии связи и краткая характеристика ее основных
элементов.
16. Голография, принцип работы голографического устройства для запоминания и
хранения информации.
17. Органы зрения человека, их особенности, требования к системам отображения
информации с этих позиций.
18. Сравнительная характеристика основных систем отображения информации.
19. Свойства жидких кристаллов и принципы их использования для отображения
информации.
20. Жидкокристаллические экраны – структура и особенности. Достоинства и недостатки
жидкокристаллических экранов.
12. Программа использования инновационных технологий в преподавании
дисциплины
1. По дисциплине имеется электронный гипертекстовый учебник, предназначенный для
самостоятельной работы студентов. Учебник позволяет после изучения каждого раздела
проводить самоконтроль по тестовым заданиям. В случае неверного ответа студент отсылается
к той части теоретического курса, который ему необходимо дополнительно проработать.
2. В обучении используется база данных по электровакуумным и газоразрядным приборам,
созданная на кафедре. Студенты активно привлекаются к пополнению этой базы с
использованием сети Интернет.
3. Сформирован банк тестовых заданий по дисциплине, который используется для
самоподготовки студентов, а так же при текущем, промежуточном и итоговом контроле по
дисциплине.
4. При выполнении заданий на самостоятельную работу студенты могут использовать
имеющиеся в дисплейном классе кафедры расчетные и моделирующие программы.
5. При подготовке отчетов по лабораторным работам студенты проводят обработку результатов
эксперимента необходимые расчеты на ПЭВМ.
6. Отдельные лабораторные работы могут выполняться непосредственно на ПЭВМ,
практикуется сочетание натурного и виртуального экспериментов. Последний подход
позволяет освоить практические измерения и получить большое количество данных в процессе
моделирования.
22