Syllabus

Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя

Каф. електричної інженерії

Фізичні основи джерел світла

Силабус

1. Освітні програми, для яких дисципліна є обов’язковою:

# Рівень освіти Галузь знань Спеціальність Освітня програма Курс(и) Семестр(и)
1 бакалавр 14. Електрична інженерія 141. Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка (бакалавр) 3 5

2. Дисципліна пропонується як вибіркова для усіх рівнів вищої освіти і усіх освітніх програм.

3. Інформація про автора курсу

Прізвище, ім'я та по батькові Наконечний Мирослав Степанович
Науковий ступінь канд. техн. наук
Вчене звання немає
Посилання на сторінку викладача(ів) на офіційній веб-сторінці університету http://library.tntu.edu.ua/personaliji/a/n/nakonechnyj-myrolav-stepanovych/
Е-mail (в домені tntu.edu.ua) nakmiron@ukr.net

4. Інформація про навчальну дисципліну

Розподіл аудиторних годин Лекції: 32
Практичні заняття: 0
Лабораторні заняття: 16

Кількість годин самостійної роботи: 42
Кількість кредитів ECTS: 3,0
Мова викладання українська
Вид підсумкового контрою залік
Посилання на електронний навчальний курс у СЕН університету ATutor https://dl.tntu.edu.ua/bounce.php?course=4802

5. Програма навчальної дисципліни

Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Мета вивчення навчальної дисципліни є вивчення фундаментальних фізичних явищ та законів, що покладені в основу будови та функціонування джерел світла різних типів, а також методик їх дослідження.
Завдання навчальної дисципліни: передбачає отримання теоретичних знань про основні фізичні процеси, які визначають роботу джерел випромінювання, закономірності електронної емісії з металів та напівпровідників, елементарні процеси в плазмі.
За результатами вивчення дисципліни студент повинен продемонструвати такі результати навчання ( згідно освітньо-професійної програми, яка розроблена на основі діючого стандарту вищої освіти за спеціальністю 141 «141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка» для першого (бакалаврського) рівня вищої освіти (наказ МОН України № 867 від 20.06.2019 р.)
ЗК 1. Здатність застосовувати знання на практиці.
ЗК 5. Здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації з різних джерел.
ЗК 6. Здатність виявляти, ставити та вирішувати проблеми.
ЗК 7. Здатність приймати обґрунтовані рішення.
ФК 3. Здатність використовувати базові знання з фізики, вищої математики та теоретичних основ електротехніки для вирішення практичних задач в галузі електроенергетики, електротехніки та електромеханіки.
ПРН 1. Визначати принципи побудови та нормального функціонування елементів електроенергетичних, електротехнічних електро-механічних комплексів та систем.
ПРН 3. Оцінювати роботу електроенергосистем та розробляти заходи щодо підвищення її енергоефективності.
ПРН 10. Знаходити необхідну інформацію в інформаційному полі.
ПРН 11. Дискутувати на професійні теми.

Місце дисципліни в структурно-логічній схемі навчання за освітньою програмою

Перелік дисциплін, або знань та умінь, володіння якими необхідні студенту (вимоги до рівня підготовки) для успішного засвоєння дисципліни

Фізика
Вища математика
Основи світлотехніки

Перелік дисциплін які базуються на результатах навчання з даної дисципліни

Джерела світла
Світлові прилади
Світлотехнічні установки та системи
Споживачі електричної енергії

Зміст навчальної дисципліни

Лекційний курс (формулювання тем)

Тема 1. Термоелектронна емісія металів.
Термоелектронна емісія. Повна робота виходу. Розподіл електронів по енергіях в металах. Рівень Фермі. Ефективна робота виходу.
Тема 2. Рівняння Річардсона-Дешмана.
Рівняння термоелектронної емісії Річардсона-Дешмана. Експериментальне визначення констант.
Тема 3. Плівковий та оксидний катоди. Рівняння TEE оксидного катода
Вплив тонких плівок на поверхні металу на його термоелектронну емісію. Плівковий та оксидний катоди. Рівняння термоелектронної емісії оксидного катода. Експериментальне визначення констант оксидного катода.
Тема 4. Тема 7. Електростатична емісія.
Вплив зовнішнього прискорюючого поля на термоелектронну емісію металів. Електростатична емісія. Прозорість потенціального бар'єру і рівняння електростатичної емісії. Термоелектростатична емісія.
Тема 5. Фотоелектронна емісія. Технічні фотокатоди.
Явище фотоелектронної емісії. Закон Столєтова. Закон Ейнштейна. Дослідження розподілу фотоелектронів за енергією.
Тема 6. Вторинна електронна емісія.
Емісія електронів під дією електронного бомбардування. Розподіл вторинних електронів по енергіях. Вторинна емісія напівпровідників і діелектриків. Емісія електронів під дією іонного бомбардування.
Тема 7. Теорія Таунсенда.
Класифікація розрядів. Несамостійний розряд. Явище газового підсилення.Теорія Таунсенда. Умови виконання самостійного розряду.
Тема 8. Криві Пашена. Розвиток самостійного розряду. Нормальний і аномальний тліючий розряд.
Криві Пашена. Розвиток самостійного розряду. Накопичення зарядів в міжелектродному проміжку. Виникнення тліючого розряду в джерелах світла. Кількісна теорія катодної області тліючого розряду. Нормальний і аномальний тліючий розряд.
Тема 9. Основні поняття фізики напівпровідників. Класифікація твердих тіл по електропровідності. Основи зонної теорії будови твердих тіл. Проста модель енергетичних зон. Власні і домішкові напівпрвідники. Розподіл електронів по енергіях в діелектриках та напівпровідниках.
Тема 10. Випромінювальна і безвипромінювальна рекомбінація. Випромінювальна рекомбінація пар електрон-дірка. Випромінювальна рекомбінація при низькому та високому рівні збудження. Безвипромінювальна рекомбінація.
Тема 11. Електричні властивості р-n переходу. Вольтамперна характеристика р-n переходу. Енергія випромінювання. Розподіл носіїв у гомогенних р-n-переходах. Розподіл носіїв в р-n-гетеропереходах.
Тема 12. Випромінювання світла в р-п переходах. Внутрішній та зовнішній квантовий вихід випромінювання, коефіцієнт корисної дії. Спектр випромінювання. Температурна залежність інтенсивності випромінювання.
Тема 13. Температура p-n - переходу та носіїв струму. Температура носіїв і нахил спектральної характеристики в області високих енергій. Вплив температури p-n - переходу на довжину хвилі в максимумі спектру випромінювання. Теоретичне обґрунтування залежності прямої напруги світлодіода від температури.
Тема 14. Гетероструктурні системи.
Перехід метал-напівпровідник. Перехід напівпровідник-напівпровідник. Гетеропереходи. Подвійні гетероструктури. Легування активної області.
Тема 15. Світлодіоди видимого спектру. Світлодіоди на основі твердих розчинів GaAsP, GaP. Світлодіоди на основі AlInGaP/GaAs. Основні характеристики над’яскравих світлодіодів. Оптичні та електричні характеристики над’яскравих світлодіодів.
Тема 16. Світлодіоди білого світла на основі перетворювачів довжини хвилі. Матеріали для перетворювачів довжини хвилі та їх ефективність. Люмінофори. Світлодіоди білого світіння на основі люмінофорів. .Світлодіоди білого світіння на основі УФ кристалів з люмінофором.
Тема 17. Органічні напівпровідники. Класифікація оргвнічних напівпровідників. Власна та домішкова провідність. Електро- та фотопровідність органічних напівпровідників. Механізм електропровідності. Практичне застосування органічних напівпровідників.
Тема 18. Фотоперетворювачі. Фотоелектрорушійна сила. Роль неосновних носіїв. Об’ємна та вентильна фотоелектрорушійна сила. Поверхнева фотоелектрорушійна сила.

Лабораторний практикум (теми)

Вивчення явища термоелектронної емісії і визначення роботи виходу електрона
Вивчення розподілу термоелектронів за швидкостями
Вивчення явища вторинної електронної емісії з анода тетрода
Дослідження явища фотоелектронної емісії
Вивчення термоелектронної емісії оксидного катода
Вивчення спектрів випромінювання ламп ДНаТ та ДРИ
Ознайомлення з методикою якісного спектрального аналізу та вивчення спектральних характеристик дугового розряду в парах ртуті.
Дослідження плазми газового розряду

Самостійна робота студента/аспіранта

Опрацювання окремих розділів програми, які не виносяться на лекції:
Основні поняття фізики ваку
Рух електронів у вакуумі та газовому середовищі.
Низькотемпературна плазма.
Лазери з р-п - переходами і гетеропереходами.
Підготовка до лабораторних, практичних занять
Підготовка та складання заліку, тестування

Навчальні матеріали та ресурси

1. Соболев В.Д. Физические основы электронной техники. М : ВШ. 1979. - 301 с.
2. Рохлин Г.Н. Газорозрядные источники света. Л.: Энергия, 1996 - 560 с.
3. Литвинов B.C., Рохлин Г.Н. Тепловые источники оптического излучения. М.: Энергия. 1975. -280 с.
4. Ворончев Т.А., Соболев В.Д. Физические основы электровакуумной техники. М.: ВШ. 1972.- 352 с.
5. Світлодіоди: фізика, технологія, застосування: навч. посібник/ В. І. Карась, Л. А. Назаренко, І. В. Карась; Харк. нац. акад. міськ. госп-ва – Х.: ХНАМГ, 2012, - 323 с.
6. Поплавко Ю.М., В.І. Ільченко, Воронов С.А., Якименко Ю.І. Фізичне матеріалознавство. Частина IV. Напівпровідники: Навчальний посібник. Київ, видавництво «Політехніка» Національного Технічного університету України, 2010. — 336 с.

6. Політика та контроль навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Політика навчальної дисципліни

Політика навчальної дисципліни визначається системою вимог, які викладач пред'являє до студента при вивченні дисципліни "Обробка біомедичних сигналів" та ґрунтується на засадах академічної доброчесності.
Вимоги стосуються відвідування занять (неприпустимість пропусків, запізнень і т.п.); правил поведінки на заняттях (активну участь, виконання необхідного мінімуму навчальної роботи та ін.); заохочень та стягнень (за що можуть нараховуватися або відніматися бали і т.п.). Політика навчальної дисципліни "Основи пгобудови медичної техніки" вибудована з урахуванням норм законодавства України щодо академічної доброчесності, Статуту, положень ТНТУ:
1 Положення про організацію освітнього процесу в Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя - наказ №4/7-340 від 21.05.2015 із змінами від 25.06.2019 - наказ №4/7-622 від 27.06.2019 та від 14.04.2020 - наказ №4/7-243 від 15.04.2020 2 Положення про індивідуальний навчальний план студента Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя (нова редакція) - наказ №4/7-669 від 25.09.2020
3 Положення про академічну мобільність учасників освітнього процесу Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя 4 Положення про оцінювання здобувачів вищої освіти Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя (нова редакція) - наказ №4/7-670 від 25.09.2020 5 Положення про академічну мобільність студентів ТНТУ ім.І.Пулюя - наказ№4/7-454 від 16.07.2013 6 Положення про врегулювання конфліктних ситуацій в Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя - наказ №4/7-164 від 01.03.2021
7 Положення про підсумковий семестровий контроль результатів навчання студентів Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя - наказ №4/7-122 від 17.02.2020 8 Тимчасовий порядок проведення семестрового контролю та атестації здобувачів вищої освіти Тернопільського національного
технічного університету імені Івана Пулюя - наказ №4/7-350 від 25.05.2020 9 Положення про недопущення академічного плагіату в Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя - наказ №4/7-964 від 01.11.2019 зі змінами від 19.12.2019 наказ №4/7-114 від 12.02.2020, зі змінами від 26.01.2021 - наказ
№4/7-72 від 02.02.2021 10 Положення про академічну доброчесність учасників освітнього процесу Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя - наказ №4/7-969 від 01.11.2019 11 Статут Тернопільського національного технічного університету ім. І. Пулюя (нова редакція) - наказ МОН №248 від 25.02.2019

Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання

Поточний контроль складається з оцінки теоретичних знань - два модулі (максимум 25 балів кожен) та виконання та захист лабораторних робіт (максимум 25 балів). Підсумковий контроль визначається відповідями на теоретичні питання і оцінюється максимум у 25 балів.


Таблиця відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою:

Шкала оцінок
ВНЗ
(100-бальна)
Національна
(4-бальна)
ECTS
90-100 Відмінно А
82-89 Добре B
75-81 C
67-74 Задовільно D
60-66 E
35-59 Незадовільно FX
1-34 F

7. Додаткова інформація

Рух електронів і іонів в газі.
Напрямлений рух електронів в електричному полі.
Рівняння рухливості.
Рухливість позитивних іонів.
Класифікація розрядів.
Несамостійний розряд.
Явище газового підсилення.
Теорія Таундсенда
Умови виконання самостійного розряду.
Криві Пашана.
Розвиток самостійного розряду.
Теорія лавинних процесів.
Виникнення тліючого розряду в джерелах світла.
Фізичні процеси, які пояснюють структуру тліючого розряду.
Кількісна теорія катодної області тліючого розряду.
Нормальний і аномальний тліючий розряд.
Умови переходу тліючого розряду в дуговий.
Самостійний дуговий розряд.
Несамостійний дуговий розряд.
Основні процеси в світному стовпі розряду ннзього тиску.
Рухливість і дрейфова рухливість електронів в газах і парах металів.
Плазма. Низькотемпературна плазма.
Електропровідність і теплопровідність плазми.
Процеси випромінювання і поглинання в газі.
Люмінесценція. Основні види люмінесценції.
Спектри поглинання, збудження, випромінювання.
Енергетичний і квантовий вихід люмінесценції.
Закони спектрального перетворення світла.
Експериментальні методи визначення характеристик люмінесценції. Закономірності люмінесценції молекул.
Застосування напівпровідникових селективних матеріалів, плівок, покрить. Класифікація твердих тіл по електропровідності.
Основи зонної теорії будови твердих тіл.
Проста модель енергетичних зон. Власні і домішкові напівпрвідники.
Процеси генерації і рекомбінації.
Основні рівняння, що описують процеси в напівпровідникових приладах. Рівноважний стан p-n – преходу.
Робота p-n – преходу при зовнішній напрузі. ВАХ p-n – преходу.
Інжекція неосновних носіїв, дифузна ємність p-n – преходу.
Перехід метал-напівпровідник.
Перехід напівпровідник-напівпровідник.
Гетеропереходи. Діоди для оптоелектроніки.
Сонячний елемент.
Спектральний склад випромінювання р-n – переходу.
Матеріали для світловипромінюючих р-n – переходів.
Затверджено рішенням кафедри
(протокол №
8
від «
06
»
квітня
2021
року).