Elektronski sistemi
Načrtujte po tem učnem načrtu
Prijavite se kot učitelj in Astra po tem učnem načrtu pripravi letno pripravo ali pripravo na uro.
Opis teme
V tem poglavju dijak spozna lastnosti polprevodnikov brez primesi in s primesmi (dopirane): P-tip, N-tip, prav tako se nauči lastnosti PN-spoja. Spozna delovanje diode, se seznani z različnimi tipi diod in njihovimi lastnostmi. Dijak se nauči izbrati in uporabiti pravi tip diod v različnih vezjih. Spozna različne tehnike za usmerjanje izmenične napetosti in glajenje usmerjene napetosti. Spozna različne tipe tranzistorjev, njihove karakteristike in njihovo uporabo. Hkrati tudi spozna zgradbo in tehnologijo izdelave pasivnih in aktivnih gradnikov, njihovo nameščanje na tiskana vezja oziroma možnosti mikroelektronske izvedbe celotnega elektronskega sistema. Spozna vrste povratnih vezav, lastnosti ojačevalnikov s povratno vezavo in stabilnost ojačevalnikov s povratno vezavo. V tem poglavju dijak prav tako spozna operacijski ojačevalnik, njegove lastnosti, zgradbo in nadomestno vezje. Spozna osnovna vezja z operacijskim ojačevalnikom.
Polprevodniki
Učni cilji
- Razlikuje kemijske vezi (ionska, kovalentna, kovinska), Se zaveda, da je učenje vsebine posameznega predmeta hkrati tudi spoznavanje njegove strokovne terminologije, torej učenje jezika na ravni poimenovanj za posamezne pojme in na ravni logičnih povezav. (SC 1.1.2.1)
- Pozna zgradbo silicija in germanija,
- Spozna amorfno, polikristalno in monokristalno strukturo polprevodnika,
- Razume energijske nivoje in z njimi povezane prevodne lastnosti snovi,
- Spozna čisti polprevodnik in zapolnjenost energijskih nivojev in s temperaturo povezanih prostih nosilcev pri nizki in sobni temperaturi,
- Pozna in razume nosilce naboja, tj. proste elektrone in vrzeli ter razume način prevajanja toka v polprevodniku,
- Pozna in razume P-tip in N-tip polprevodnika,
- Spozna namen dodajanja primesi polprevodniku (dopiranje), Se zaveda, da je učenje vsebine posameznega predmeta hkrati tudi spoznavanje njegove strokovne terminologije, torej učenje jezika na ravni poimenovanj za posamezne pojme in na ravni logičnih povezav. (SC 1.1.2.1)
- Razume povezavo med koncentracijo (dopiranjem) primesi s prostimi nosilci naboja in specifično prevodnostjo polprevodniške snovi. Odgovoren odnos do naravnih sistemov gradi na razumevanju njihove kompleksnosti in razmerij med naravnimi in družbenimi sistemi. (SC 2.1.3.1)
Standardi znanja
- Razloži amorfno, polikristalno in monokristalno strukturo polprevodnika,
- Opiše lastnosti prevodnih, polprevodnih in izolacijskih snovi s stališča energijskih nivojev,
- Razloži odvisnost števila prostih nosilcev polprevodnika od temperature,
Minimalni standardi
- Pojasni princip prevajanja električnega toka v polprevodniku ,
- Pojasni razliko med P-tipom in N-tipom polprevodnika (dopiranje, 2D kristalna struktura, energijski nivoji, manjšinski in večinski nosilci naboja) .
Pojmi
- Polprevodnik
- Amorfna
- Elektronski pari
- Valenčni pas
- Prevodni pas
- Energijska reža
- Manjšinski in večinski nosilci naboja
- Elektroni
- Vrzeli
- Rekombinacija
- Dopiranje
- Akceptor
- Donor
- P-tip
- N-tip
- Polikristalna
- Monokristalna
Didaktična priporočila
Didaktična priporočila: 1. Pričakovana predznanja ‒ Osnove kemije (delci snovi, zgradba atoma). 2. Motivacija ‒ Kako deluje in iz česa je polprevodniška elektronika? 3. Priporočene didaktične strategije Podajanje snovi naj podpirajo in bogatijo še druge teme in vsebine: Tehnologija pridobivanja čistega silicija, mikroelektronske tehnologije. 4. Primeri in gradiva LORENCON, Robert. Elektronski elementi in vezja. Ljubljana: Studio Maya, 1996. ISBN 961-221-010-1 5. Priložnosti za horizontalno in vertikalno povezovanje Kemija: Osnove kemije (delci snovi, zgradba atoma, kemijske vezi).
Dioda in diodna vezja
Učni cilji
- Razume delovanje spoja PN,
- Pozna UI karakteristiko diode, Se zaveda, da je učenje vsebine posameznega predmeta hkrati tudi spoznavanje njegove strokovne terminologije, torej učenje jezika na ravni poimenovanj za posamezne pojme in na ravni logičnih povezav. (SC 1.1.2.1)
- Pozna in razlikuje lastnosti signalnih, usmerniških, stikalnih, kapacitivnih in prebojnih (zener) diod, Analizira, primerja in kritično vrednoti verodostojnost in zanesljivost podatkov, informacij in digitalnih vsebin. (SC 4.1.2.1)
- Razlikuje svetlečo diodo (LED) in lasersko diodo,
- Razume delovanje fotodiode in sončne celice,
- Razume pomen usmerjanja izmenične napetosti,
- Pozna vezje polvalnega in polnovalnega usmernika, Prepozna tehnične težave pri delu z napravami ali digitalnimi okolji ter jih rešuje. (SC 4.5.1.1)
- Pozna potrebo po glajenju usmerjene napetosti, Prepozna tehnične težave pri delu z napravami ali digitalnimi okolji ter jih rešuje.K izbranemu problemu pristopa celostno, pri čemer upošteva povezanost okoljskega, gospodarskega in družbenega vidika. (SC 4.5.1.1, 2.2.1.1)
- Pozna in razume delovanje vezja za stabilizacijo napetosti, Prepozna tehnične težave pri delu z napravami ali digitalnimi okolji ter jih rešuje. (SC 4.5.1.1)
Izbirni cilji
- Razlikuje totalno in inkrementalno upornost diode,
- Pozna in razume faktor stabilizacije, S pomočjo digitalne tehnologije ustvarja rešitve in novosti v postopkih ter izdelkih. (SC 4.5.3.1)
- Pozna vezja za omejevanje, oblikovanje in množenje napetosti.
Standardi znanja
- Prepozna in pojasni lastnosti signalnih, usmerniških, stikalnih, kapacitivnih in prebojnih diod,
- Prepozna in pojasni lastnosti svetleče diode (LED) in laserske diode,
- Pojasni delovanje fotodiode in sončne celice,
- Načrtuje vezja za stabilizacijo napetosti,
Minimalni standardi
- Pojasni delovanje spoja PN ,
- Nariše in razloži UI karakteristiko diode ,
- Pojasni pomen usmerjanja izmenične napetosti ,
- Načrtuje vezje polvalnega in polnovalnega usmernika ,
- Pojasni potrebo po glajenju usmerjene napetosti ,
Izbirni standardi
- Pojasni razliko med totalno in inkrementalno upornostjo diode,
- Določi faktor stabilizacije,
- Prepozna in pojasni delovanje vezij za omejevanje, oblikovanje in množenje napetosti.
Pojmi
- Dioda
- PN-spoj
- UI-karakteristika
- Svetleča dioda (LED)
- Fotodioda
- Laserska dioda
- Prebojna (zener) dioda
- Sončna celica
- Polvalni usmernik
- Polnovalni usmernik
- Glajenje napetosti
- Faktor stabilizacije
Didaktična priporočila
Didaktična priporočila: 1. Pričakovana predznanja ‒ Osnove kemije (delci snovi, zgradba atoma) ‒ Elektrotehnika (enosmerne in izmenične veličine; tok in napetost, upornost, kapacitivnost, električno polje) 2. Motivacija ‒ Kako izdelati usmernik ‒ Kako deluje polprevodniški laser, sončna celica, LED, fotodioda ‒ Uvod v uporabne elektronske naprave 3. Priporočene didaktične strategije Podajanje snovi naj podpirajo in bogatijo še druge teme in vsebine: upora diode v različnih vezij, uporaba sončne celice. 4. Primeri in gradiva LORENCON, Robert. Elektronski elementi in vezja. Ljubljana: Studio Maya, 1996. ISBN 961-221-010-1 5. Priporočene eksperimentalne vaje ‒ merjenje UI karakteristike različnih diod ‒ izdelava usmernika (polvalni, polnovalni, z gladilnim kondenzatorjem in različnimi bremeni) ‒ izdelava množilnikov napetosti 6. Priložnosti za horizontalno in vertikalno povezovanje Elektrotehnika (izmenični signal, polnjenje in praznjenje kondenzatorja)
Tranzistor in tranzistorska vezja
Učni cilji
- Razlikuje bipolarne in unipolarne (spojne in MOS) tranzistorje,Se zaveda, da je učenje vsebine posameznega predmeta hkrati tudi spoznavanje njegove strokovne terminologije, torej učenje jezika na ravni poimenovanj za posamezne pojme in na ravni logičnih povezav. (SC 1.1.2.1)
- Pozna karakteristike bipolarnih tranzistorjev (IB/UBE, IC/UBE in IC/UCE ), Izraža informacijske potrebe, išče podatke, informacije in vsebine v digitalnih okoljih, ter izboljšuje osebne strategije iskanja. (SC 4.1.1.1)
- Pozna karakteristike unipolarnih tranzistorjev (ID/UGS in ID/UDS ), Prepozna tehnične težave pri delu z napravami ali digitalnimi okolji ter jih rešuje. (SC 4.5.1.1)
- Našteje pomembnejše parametre tranzistorjev,
- Nariše delovno premico v polju karakteristik,
- Izbere in stabilizira delovno točko in grafično prikaže ojačenje tranzistorja, S pomočjo digitalne tehnologije ustvarja rešitve in novosti v postopkih ter izdelkih. (SC 4.5.3.1)
- Razlikuje delovanje tranzistorja pri majhnih in pri velikih krmilnih signalih, Prepozna tehnične težave pri delu z napravami ali digitalnimi okolji ter jih rešuje. (SC 4.5.1.1)
- Zna pojasniti stikalne lastnosti tranzistorja.
Izbirni cilji
- Pozna preprosto nadomestno vezje tranzistorja za enosmerne signale,
- Pozna preprosto nadomestno vezje tranzistorja za majhne izmenične signale,
Standardi znanja
- Pozna orientacije tranzistorja in določi vhodne in izhodne tokove in napetosti ,
- Primerja velikost tokovnega ojačenja v različnih orientacijah,
- Nariše vhodno in izhodno karakteristiko tranzistorja,
- Primerja področja delovanja tranzistorja,
- Izračuna vrednosti uporov za enostaven ojačevalnik (Rb in Rc),
- Vriše v izhodno karakteristiko hiperbolo moči,
- Navede nestabilnosti pri delovanju tranzistorja (temperatura, različen ojačevalni faktor beta),
- Stabilizira delovno točko z baznim delilnikom in emitorskim uporom,
- Prepozna pomen negativne povratne vezave in vlogo emitorskega upora za stabilno delovanje ojačevalnika,
- Pojasni vpliv kompenzacije in delne kompenzacije emitorskega upora na napetostno ojačenje ojačevalnika,
- Načrtuje ojačevalnik z upori (Rb1, Rb2, Rc in Re),
Minimalni standardi
- Nariše zgradbo in razloži delovanje tranzistorja ,
- Zapiše vozliščno in zančno enačbo tranzistorja ,
- Postavi delovno premico in izbere delovno točko ,
- Izračuna moč na tranzistorju ,
- Pozna omejitve pri delovanju tranzistorja ,
- Opiše obračanje faze ,
- Pojasni delovanje tranzistorja kot stikala .
Izbirni standardi
- Določi vhodne in izhodne tokove in napetosti
Pojmi
- Bipolarni tranzistor
- Unipolarni tranzistor
- Četveropol
- Orientacije tranzistorja
- Tokovno ojačenje
- Karakteristike
- Delovna premica
- Delovna točka
- Moč
- Enostopenjski ojačevalnik
- Tranzistor kot stikalo
Didaktična priporočila
Didaktična priporočila: 1. Pričakovana predznanja ‒ Polprevodniki, PN-spoj, dioda ‒ Elektrotehnika (razume delovanje stikala, enosmerne in izmenične veličine; tok in napetost, upornost, napetostni delilnik, kapacitivnost, električno polje) 2. Motivacija ‒ Uporaba tranzistorja kot stikalo ‒ Kako izdelati ojačevalnik ‒ Nadgradnja usmernika ‒ Kako delujejo uporabne elektronske naprave 3. Priporočene didaktične strategije Podajanje snovi naj podpirajo in bogatijo še druge teme in vsebine. Ilustracija uporabe snovi za načrtovanje in izdelava elektronskih naprav, kot so na primer avdio ojačevalniki. 4. Primeri in gradiva LORENCON, Robert. Elektronski elementi in vezja. Ljubljana: Studio Maya, 1996. ISBN 961-221-010-1 5. Priporočene eksperimentalne vaje ‒ merjenje vhodne in izhodne karakteristike tranzistorja ‒ merjenje delovne premice tranzistorja ‒ načrtovanje ojačevalnika ‒ merjenje ojačenja ter vhodne in izhodne upornosti ojačevalnika 6. Priložnosti za horizontalno in vertikalno povezovanje Elektrotehnika (enosmerni in izmenični signali)
Integrirana vezja
Učni cilji
- Spozna tehnologijo izdelave polprevodniških vezij, Se zaveda, da je učenje vsebine posameznega predmeta hkrati tudi spoznavanje njegove strokovne terminologije, torej učenje jezika na ravni poimenovanj za posamezne pojme in na ravni logičnih povezav. (SC 1.1.2.1)
- Spozna tehnologijo izdelave integriranih vezij,
- Spozna tehnologijo nameščanja diskretnih elementov in integriranih vezij na tiskana vezja,
- Spozna načine za pridobivanje tehničnih podatkov opisov iz podatkovnih listov in uporabo najpogosteje uporabnih elementov. Izraža informacijske potrebe, išče podatke, informacije in vsebine v digitalnih okoljih, ter izboljšuje osebne strategije iskanja. (SC 4.1.1.1)
Izbirni cilji
- Spozna razliko med standardnimi in namenskimi integriranimi vezji,
Standardi znanja
- Opiše postopek izdelave diskretnih polprevodniških elementov in integriranih vezij,
- Pojasni razliko med diskretnimi elementi in integriranimi vezji,
- Poišče in uporabi podatke o lastnostih in uporabi integriranih vezij in jih komentira.
Pojmi
- Mikroelektronski elementi
- Integrirana vezja
- Izdelava in sestavljanje tiskanih vezij
- Podatkovni listi (datasheet)
Didaktična priporočila
Didaktična priporočila: 1. Pričakovana predznanja ‒ Delovanje tranzistorja in diode 2. Motivacija ‒ Kako delujejo integrirana vezja in kako jih uporabiti 3. Priporočene didaktične strategije in metode za to temo Podajanje snovi naj podpirajo in bogatijo še druge teme in vsebine: Mikroelektronske tehnologije. 4. Primeri in gradiva LORENCON, Robert. Elektronski elementi in vezja. Ljubljana: Studio Maya, 1996. ISBN 961-221-010-1
Povratna vezava
Učni cilji
- Spozna blokovno shemo ojačevalnika s povratno vezavo,
- Razume razliko med pozitivno in negativno povratno vezavo, Se zaveda, da je učenje vsebine posameznega predmeta hkrati tudi spoznavanje njegove strokovne terminologije, torej učenje jezika na ravni poimenovanj za posamezne pojme in na ravni logičnih povezav. (SC 1.1.2.1)
- Razume vpliv negativne povratne vezave na ojačenje, vhodno in izhodno upornost, frekvenčno karakteristiko in popačenje ojačevalnika, Izraža informacijske potrebe, išče podatke, informacije in vsebine v digitalnih okoljih, ter izboljšuje osebne strategije iskanja. (SC 4.1.1.1)
Izbirni cilji
- Pozna in loči različne načine priključitve povratne vezave na izhodu in vhodu ojačevalnika,
- Razume nestabilnost ojačevalnikov zaradi prisotnosti pozitivne povratne vezave.
Standardi znanja
- Pojasni vpliv negativne povratne vezave na ojačenje, vhodno in izhodno upornost, frekvenčno karakteristiko in popačenje ojačevalnika ,
Minimalni standardi
- Nariše blokovno shemo ojačevalnika s povratno vezavo ,
- Opiše pozitivno in negativno povratno vezavo ,
Izbirni standardi
- Razloži različne načine priključitve povratne vezave na izhodu in vhodu ojačevalnika,
- Vhodno in izhodno upornost frekvenčno karakteristiko in popačenje ojačevalnika
- Opiše nestabilnost ojačevalnikov zaradi prisotnosti pozitivne povratne vezave.
Pojmi
- Povratna vezava (pozitivna, negativna)
- Vhodna upornost
- Izhodna upornost
- Frekvenčna karakteristika
- Popačenje
- Nestabilnost
Didaktična priporočila
Didaktična priporočila: 1. Pričakovana predznanja ‒ Osnovne električne veličine ‒ Definicija ojačenja ‒ Napetostni delilnik 2. Motivacija ‒ Zakaj negativna povratna vezava ni nekaj slabega? Kako narediti oscilator? 3. Priporočene didaktične strategije in metode za to temo Podajanje snovi naj podpirajo in bogatijo še druge teme in vsebine: Kateri tip povratne vezave izbrati. 4. Primeri in gradiva LORENCON, Robert. Elektronski elementi in vezja. Ljubljana: Studio Maya, 1996. ISBN 961-221-010-1 5. Priložnosti za horizontalno in vertikalno povezovanje Matematika: ulomki, logaritmi
Operacijski ojačevalnik
Učni cilji
- Razlikuje navadno in diferenčno ojačevalno stopnjo,Se zaveda, da je učenje vsebine posameznega predmeta hkrati tudi spoznavanje njegove strokovne terminologije, torej učenje jezika na ravni poimenovanj za posamezne pojme in na ravni logičnih povezav. (SC 1.1.2.1)
- Pozna simbol, notranjo zgradbo in nadomestno vezje operacijskega ojačevalnika,Izraža informacijske potrebe, išče podatke, informacije in vsebine v digitalnih okoljih, ter izboljšuje osebne strategije iskanja. (SC 4.1.1.1)
- Razume enojno in dvojno napajanje,
- Pozna ojačevalna vezja z operacijskim ojačevalnikom in negativno povratno vezavo,
- Pozna ojačenje invertirajočega in neinvertirajočega ojačevalnika ter napetostnega sledilnika,
- Pozna primerjalnik, seštevalnik, odštevalnik, diferenciator in integrator,
- Razlikuje primerjalnika s histerezo in brez nje. K izbranemu problemu pristopa celostno, pri čemer upošteva povezanost okoljskega, gospodarskega in družbenega vidika. (SC 2.2.1.1)
Standardi znanja
- Pojasni razliko med navadno in diferenčno ojačevalno stopnjo,
- Nariše simbol , pojasni nadomestno blokovno shemo ,
- Prepozna , analizira in načrtuje osnovna vezja z operacijskim ojačevalnikom.
Minimalni standardi
- Nariše simbol
- Izvede ustrezno napajanje ,
- Prepozna
Izbirni standardi
- Pojasni nadomestno blokovno shemo
Pojmi
- Operacijski ojačevalnik
- Povratna vezava
- Invertirajoči in neinvertirajoči ojačevalnik
- Napetostni sledilnik
- Seštevalnik
- Odštevalnik
- Diferenciator
- Integrator
- Primerjalnik s histerezo
Didaktična priporočila
Didaktična priporočila: 1. Pričakovana predznanja ‒ Osnove integriranih vezij ‒ Povratna vezava ‒ Ojačenje, vhodna/izhodna upornost ‒ Dvojno napajanje 2. Motivacija ‒ Kako z uporabo operacijskega ojačevalnika spremenim vhodno in izhodno impedanco vezja? ‒ Operacijski ojačevalnik je eden najpogosteje uporabljanih elementov v elektronskih napravah. 3. Priporočene didaktične strategije in metode za to temo Podajanje snovi naj podpirajo in bogatijo še druge teme in vsebine: Kako narediti seštevalnik analognih signalov; Kako narediti oscilator. 4. Primeri in gradiva LORENCON, Robert. Elektronski elementi in vezja. Ljubljana: Studio Maya, 1996. ISBN 961-221-010-1 5. Priložnosti za horizontalno in vertikalno povezovanje Matematika: ulomki, logaritmi