Μικροηλεκτρονική (TP20K1 (θεωρια))

Υπεύθυνος Μαθήματος

Παναγιωτάκης Σπύρος

email: spanag@hmu.gr

Τηλέφωνο γραφείου: 2810379707

Ώρες γραφείου: καθημερινά 2-5

Εργαστηριακοι Συνεργατες

Καμαριανάκης Ζαχαρίας

email: zkamar@hmu.gr

ΘΕΩΡΙΑ
Περιγραφή:
Η αλματώδης εξέλιξη στην Πληροφορική, στις Τηλεπικοινωνίες και στα Πολυμέσα είναι αποτέλεσμα της ανάπτυξης της τεχνολογίας των ηλεκτρονικών και των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Η βάση κάθε συστήματος Τηλεπικοινωνιών, Πληροφορικής, Πολυμέσων αλλά και του πιο απλού computer είναι τα διακριτά αλλά και ολοκληρωμένα ηλεκτρονικά ή/και οπτοηλεκτρονικά κυκλώματα. Για την κατανόηση του τρόπου εξέλιξης των κυκλωμάτων αυτών, αλλά και για να μπορέσει κανείς να αντιληφθεί μέχρι ποιου σημείου μπορούν ακόμα να εξελιχθούν, είναι απαραίτητη η γνώση των βασικών στοιχείων που αποτελούν τα ολοκληρωμένα κυκλώματα της τεχνολογίας των ηλεκτρονικών. Οι στόχοι του μαθήματος "Εισαγωγή στη Μικροηλεκτρονική" είναι να κατανοήσουν οι σπουδαστές του Τμήματος Μηχανικών Πληροφορικής Τ.Ε. τις αρχές λειτουργίας των διακριτών στοιχείων των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων και πως αυτά ενσωματώνονται για να αποτελέσουν ολοκληρωμένα κυκλώματα.
Μετά την ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει αποκτήσει τις απαραίτητες γνώσεις και δεξιότητες ώστε:
•    Να μπορεί να αναγνωρίσει, αναλύσει και σχεδιάσει απλά ηλεκτρονικά κυκλώματα.
•    Να προσομοιώνει σε Η/Υ ηλεκτρονικά κυκλώματα και να ελέγχει την συμπεριφορά τους μεταβάλλοντας διάφορες παραμέτρους ή/και αντικαθιστώντας διάφορα στοιχεία του κυκλώματος, ώστε να επιτύχει την καλύτερη δυνατή απόδοση.
•    Να επιλέγει τα κατάλληλα ηλεκτρονικά υλικά και να κατασκευάζει στο εργαστήριο απλά ηλεκτρονικά κυκλώματα που να επιτελούν συγκεκριμένες λειτουργίες.
Περίγραμμα:
•    Ιστορική αναδρομή: Από τις λυχνίες στα ολοκληρωμένα κυκλώματα, τεχνολογία ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, από την μικρο-ηλεκτρονική στην νανο-ηλεκτρονική.
•    Εισαγωγή: Στοιχεία ανάλυσης κυκλωμάτων, αναλογικά και ψηφιακά σήματα, φάσμα συχνοτήτων, απόκριση συχνότητας κυκλωμάτων, ενισχυτές και απόκριση συχνότητας ενισχυτών.
•    Δίοδοι: Η ιδανική δίοδος, χαρακτηριστικές των ακροδεκτών των διόδων ένωσης πυριτίου, ανάλυση κυκλωμάτων διόδων, μοντέλο ασθενούς σήματος και εφαρμογές, δίοδος Zener, κυκλώματα ανορθωτών, ψαλλιδιστές και πολλαπλασιαστές τάσης. Στοιχεία φωτοδιόδων.
•    Τρανζίστορ: BJT & FET: Διπολικά Τρανζίστορ Ένωσης (BJT): Φυσική δομή και περιοχές λειτουργίας, npn και pnp τρανζίστορ, dc λειτουργία, το τρανζίστορ ως ενισχυτής, κυκλωματικά μοντέλα ασθενούς σήματος, πόλωση, βασικές συνδεσμολογίες ενισχυτών ενός σταδίου, το διπολικό τρανζίστορ ως διακόπτης.
•    Τρανζίστορ Επιδράσεως Πεδίου (FET): Δομή και φυσική λειτουργία, χαρακτηριστικές ρεύματος-τάσης των MOSFET πύκνωσης και απογύμνωσης, το FΕΤ ένωσης, DC λειτουργία, το FET ως ενισχυτής, πόλωση σε κυκλώματα με διακριτά στοιχεία, βασικές συνδεσμολογίες ενισχυτών ενός σταδίου με FET, ενισχυτές ολοκληρωμένων κυκλωμάτων με MOS, διακόπτες με FΕΤ. Τεχνολογία κυκλωμάτων CMOS, BiCMOS.
•    Τελεστικοί Ενισχυτές: Μελέτη ιδανικών τελεστικών ενισχυτών, αναστρέφουσα και μη αναστρέφουσα συνδεσμολογία, μη ιδανική συμπεριφορά τελεστικών ενισχυτών, εσωτερική δομή των ολοκληρωμένων τελεστικών ενισχυτών, λειτουργία μεγάλου σήματος, απόρριψη κοινού σήματος, αντιστάσεις εισόδου-εξόδου, προβλήματα λειτουργίας DC, κυκλώματα τελεστικών ενισχυτών. 

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ
Ασκήσεις πάγκου και ασκήσεις προσομοίωσης με λογισμικό πακέτο Multisim:
•    Εξοικείωση με όργανα εργαστηρίου και απλές μετρήσεις
•    Μελέτη RC κυκλωμάτων
•    Μελέτη κυκλωμάτων ανόρθωσης με διόδους
•    Κυκλώματα εξομάλυνσης
•    Μελέτη κυκλώματος διπλασιασμού τάσης
•    Προσομοίωση με τη χρήση Η/Υ κυκλωμάτων με διόδους, μελέτη επιδόσεων (Multisim)
•    Πόλωση των διπολικών τρανζίστορ (BJT)
•    Μελέτη ενισχυτικής λειτουργίας των διπολικών τρανζίστορ
•    Προσδιορισμός των επιδόσεων ενισχυτικής βαθμίδας με BJT με τη χρήση του Multisim
•    Μελέτη αναστρέφουσας συνδεσμολογίας τελεστικών ενισχυτών
•    Μελέτη μη αναστρέφουσας συνδεσμολογίας τελεστικών ενισχυτών
•    Μελέτη κυκλωμάτων με τελεστικούς ενισχυτές (αθροιστές, ολοκληρωτές, κλπ) 

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
1.    Μικροηλεκτρονικά Κυκλώματα τόμος Α΄, Sentra/Smith, επιμέλεια στα Ελληνικά Γ. Παπανάνος, τομέας πληροφορικής ΕΜΠ, Αθήνα 1994, ISBN: 960-85334-5-7
2.    Ηλεκτρονική, A.P. Malvino, Εκδόσεις Τζιόλα, Θεσσαλονίκη, (2003). [Μετάφραση του Electronic Principles, 6th ed, McGraw-Hill, N.Y., (1999)]. Εφαρμοσμένα Ηλεκτρονικά, C.A, Schuler, Εκδόσεις Τζιόλα, Θεσσαλονίκη, (2000). [Μετάφραση του Electronics Principles and Applications, 5th ed, McGraw-Hill, N.Y., (1999)].
3.    Analog Electronics an integrated Pspice approach, T.E.Price, Prentice Hall, 1997, ISBN:0-13-242843-11
4.    Μικροηλεκτρονική, R.C. Jaeger, Εκδόσεις Τζιόλα, Θεσσαλονίκη, (1991). [Μετάφραση του Microelectronics, 2nd ed, McGraw-Hill, N.Y., (1997)].
5.    The Art of Electronics, Paul Horowitz and Winfield Hill, Cambridge University press, 1995. 
6.    Web sites (οι σχετικές διευθύνσεις θα δίδονται από τον διδάσκοντα). 

ΜΕΘΟΔΟΣ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ
•    Διαλέξεις στον πίνακα
•    Εργαστηριακές ασκήσεις προσομοίωσης και πάγκου

ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ
•    Θεωρία: τελική γραπτή εξέταση στο σύνολο της ύλης.
•    Εργαστήριο: Συγγραφή εργαστηριακών ασκήσεων (40%), συμμετοχή στην εκπόνηση των εργαστηριακών ασκήσεων (20%), τελική εξέταση στην εκτέλεση δεδομένων εργασιών με βάση την ύλη του εργαστηρίου(40%).