MASARYKOVA UNIVERZITA PEDAGOGICKÁ FAKULTA

MASARYKOVA UNIVERZITA PEDAGOGICKÁ FAKULTA Bakalářská práce Brno 2006 Zdeněk Brabec - 0 -

MASARYKOVA UNIVERZITA PEDAGOGICKÁ FAKULTA KATEDRA DIDAKTICKÝCH TECHNOLOGIÍ Návrh souboru výukových prací pro obor Mechanik elektrotechnických zařízení Bakalářská práce Brno 2006 Vedoucí bakalářské práce: Ing. Miroslav Čadílek Vypracoval: Zdeněk Brabec - 1 -

Děkuji vedoucímu bakalářské práce Ing. Miroslavu Čadílkovi za pomoc a cenné rady při realizaci této práce a všem ostatním, kteří mě trpělivě podporovali. - 2 -

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně a použil jen prameny uvedené v seznamu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena na Masarykově univerzitě v Brně v knihovně Pedagogické fakulty a zpřístupněna ke studijním účelům. - 3 -............. podpis

NÁVRH SOUBORU VÝUKOVÝCH PRACÍ PRO OBOR MECHANIK ELEKTROTECHNICKÝCH ZAŘÍZENÍ OBSAH Úvod................................................................6 1. TEORETICKÁ ČÁST...............................................7 1. 1 Vyučování odborných předmětů................................... 7 1. 2 Vyučovací proces...............................................7 1. 2. 1 Pojem a podstata vyučovacího procesu.......................... 7 1. 2. 2 Didaktické funkce a etapy vyučovacího procesu................... 8 1. 3 Didaktické zásady...............................................9 1. 4 Vyučovací metody..............................................13 1. 4. 1 Metody slovní..............................................14 1. 4. 2 Metody názorně demonstrační.................................17 1. 5 Didaktická technika a učební pomůcky............................ 19 1. 5. 1 Didaktická technika......................................... 19 1. 5. 2 Učební pomůcky............................................19 1. 6 Polovodičové součástky používané v elektronice.....................20 1. 6. 1 Polovodičové materiály...................................... 20 1. 6. 2 Polovodiče bez přechodu PN..................................25 1. 6. 3 Diody.................................................... 27 1. 6. 4 Tranzistory bipolární........................................ 29 1. 6. 5 Tyristory..................................................32 1. 6. 6 Triak.....................................................33 1. 6. 7 Diak..................................................... 34 1. 6. 8 Integrované obvody......................................... 34 2. PRAKTICKÁ ČÁST............................................... 36 2. 1 Vyučování odborného výcviku....................................36 2. 2 Cíle, obsah a prostředky odborného výcviku........................38 2. 2. 1 Pedagogické cíle odborného výcviku............................38-4 -

2. 2. 2 Obsah odborného výcviku.................................... 38 2. 2. 3 Prostředky odborného výcviku.................................39 2. 2. 3. 1 Materiální prostředky....................................39 2. 2. 3. 2 Nemateriální prostředky................................. 39 2. 3 Soubor výukových prací.........................................42 2. 3. 1 Úlohy s diodou.............................................43 2. 3. 2 Úlohy s tranzistorem........................................ 46 2. 3. 3 Úlohy s fotoodporem........................................ 49 2. 3. 4 Úlohy s tyristorem.......................................... 51 2. 3. 5 Úlohy s diakem a triakem.....................................53 2. 3. 6 Úlohy s integrovaným obvodem............................... 54 2. 3. 7 Kontrolní práce.............................................55 Závěr...............................................................56 Seznam použité literatury..............................................57 Resumé............................................................. 58-5 -

Úvod Elektrotechnika má velký význam ve všech odvětvích národního hospodářství. V současné době neexistuje oblast lidské činnosti, ve které by se nepoužívaly elektronické součástky, obvody nebo celá zařízení. Běžně se setkáváme především s výrobky spotřební elektroniky. Velký význam má ale elektronika hlavně pro průmysl, výpočetní a automatizační techniku, lékařství, školství, armádu, kosmonautiku a další obory. S výukou elektroniky se proto setkáváme ve všech elektrotechnických studijních oborech. Ze svých zkušeností s výukou mladých elektromontérů a elektromechaniků vím, jaký mají k elektronice vztah. Někdy lze hovořit až o panickém strachu ze všeho co jen trochu připomíná tzv. slaboproud. Doba, kdy se elektromontér při své práci z elektronickými součástkami nesetkal, je nenávratně pryč. Pokud zmíním třeba jen velmi úzký okruh elektrotechnických prací jakými jsou provedení elektroinstalace v rodinném domě, setkáme se s elektronickými součástkami prakticky na každém kroku. Elektronické obvody jsou součástí různých spínačů, regulátorů jasu osvětlení, časových spínačů, řídících obvodů vytápění, dálkových ovladačů, jistících prvků, elektronická zařízení hlídají výšku hladiny ve zdroji pitné vody atd. Příkladů by bylo jistě ještě mnoho. Cílem mé práce je zbavit podvědomého strachu tzv. silnoproudaře z elektroniky. Zbavit je předsudků, že tato zařízení jsou vlastně hrozně složitá a tudíž jim přece nikdy nemohou rozumět. Chci jim přístupnou formou přiblížit princip funkce a užití polovodičových součástek používaných v elektrotechnice. Vytvořit ucelený soubor informací k dané problematice tak, aby si žáci vědomosti získané v teoretickém odborném předmětu mohli ihned ověřit v praxi na konkrétním popsaném zapojení. Teoretická část mé práce má sloužit jako návod pro přípravy učitele na vyučovací hodinu odborného předmětu. V praktické části jsou pak popsána jednotlivá zapojení pro ověření teoretických znalostí žáků. - 6 -

1. TEORETICKÁ ČÁST 1. 1 Vyučování odborných předmětů V současné době se naše střední odborné školství potýká s problémem, kterým je nedostatek učitelů odborných předmětů. Situace většinou vypadá tak, že odborné předměty, a zvláště pak ty technické, učí ne zcela kvalifikovaní učitelé. Mladí inženýři se do školství zrovna nehrnou. Nutnost doplnit si ještě pedagogické vzdělání a realita výšky nástupního platu tyto lidi žene spíše do jiného sektoru. Ředitelé středních škol jsou potom vděčni i za inženýra, který již před několika lety překročil hranici důchodového věku. K řešení situace by měla přispět myšlenka, která se mně osobně velmi zamlouvá, a s kterou přišli před několika lety kompetentní lidé připravující naše budoucí pedagogy. Na středních odborných učilištích jsou přece pedagogičtí pracovníci, kteří jsou vyučení v oboru a tudíž své práci rozumí a mají bohaté praktické zkušenosti. Po doplnění vzdělání na vysoké škole bude moci mistr odborného výcviku učit odborný předmět, který přímo souvisí s jeho výukou. Na teoretické znalosti žáků bude pak přímo navazovat praktická činnost v odborných dílnách. Tímto se vyřeší i problémy vnitropředmětových a mezipředmětových vztahů. Než se začnu věnovat problematice polovodičových součástek, chtěl bych se zmínit o vlastním teoretickém vyučování. 1. 2 Vyučovací proces 1. 2. 1 Pojem a podstata vyučovacího procesu Vyučovací proces lze charakterizovat jako záměrné, cílevědomé, soustavné a racionální řízení učebních aktivit žáků, směřující k dosažení stanovených výchovně vzdělávacích cílů, tj. k osvojení soustavy vědomostí a dovedností, k rozvoji duševních a tělesných schopností a utváření osobnosti žáka (Nelešovská, Spáčilová, Didaktika II., 1995,s.34). Nejedná se jen o prosté předávání vědomostí a dovedností, ale jde o složitý sociální proces podmíněný mnoha faktory. - 7 -

Vyučovací proces je procesem vzájemného působení mezi učitelem a žákem. Tyto vztahy jsou závislé na osobnosti každého jednotlivce a mohou průběh poznávacího procesu značně ovlivňovat. Činnost učitele odborných předmětů, zejména jeho řídící činnost spočívá především v navozování a usměrňování učebních aktivit žáků, které realizuje v průběhu přípravné, realizační, kontrolní a hodnotící fáze vyučovacího procesu. Učitel vychází ze zjištěné vědomostní úrovně žáků, provádí tzv. činnost diagnostickou a na základě tohoto zjištění volí vhodné metody, organizační formy a prostředky výuky, kterými dosáhne stanoveného vzdělávacího cíle. Činnost žáků spočívá v aktivním osvojování vědomostí a dovedností a formování jejich schopností, vlastností, zájmů, citů, motivů, vůle, chování, jednání apod. Žáci ve vyučovacím procesu nepřijímají jen pasivně předkládané učivo, ale stávají se subjektem, který aktivně reaguje ne předkládané poznatky a činnosti, postupně si je osvojuje a rozvíjí. Z tohoto aspektu je činnost žáků ve vyučovacím procesu chápána jako systém jejich aktivních a cílevědomých úkonů, během nichž prostřednictvím učiva tvůrčím způsobem poznávají předměty a jevy objektivní skutečnosti (Nelešovská, Spáčilová, Didaktika II.,1995,s.35). 1. 2. 2 Didaktické funkce a etapy vyučovacího procesu Vyučovací proces je charakterizován jako dialektický vztah mezi učitelem, žákem a učivem, přičemž činnost učitele a žáka ve vyučování podléhá určitým zákonitostem a prochází životními vyučovacími etapami. To znamená, že v jednotlivých momentech vyučování vstupují do popředí základní úkoly, které jsou v daném okamžiku stěžejní. Hovoříme pak o tzv. didaktických funkcích vyučovacího procesu. Každá z těchto funkcí má své těžiště v příslušné etapě, když ve vzájemné jednotě z dalšími funkcemi určují průběh celého vyučování. Základními funkcemi vyučovacího procesu jsou: informativní funkce zprostředkovává informace žákům formativní funkce formuje osobnost žáka instrumentální funkce osvojené vědomosti a dovednosti se stávají nástroji (instrumenty) dalších učebních činností - 8 -

integrující funkce organicky spojuje všechny uvedené funkce (Nelešovská, Spáčilová, Didaktika II., 1995, s.43) Etapy vyučovacího procesu motivační etapa zabývá se přípravou žáků k osvojení učiva expoziční etapa je zaměřena k vytváření a osvojování vědomostí a dovedností fixační etapa k upevňování a prohlubování osvojeného učiva verifikační etapa k ověřování vědomostí a dovedností žáků O správnost a užitečnosti osvojeného učiva se žáci přesvědčí při využívání osvojených vědomostí a dovedností v praxi, při řešení konkrétních technických úkolů. 1. 3 Didaktické zásady V průběhu historického vývoje byla formulována určitá pravidla, normy či požadavky, jejichž dodržování ovlivňuje úspěšnost výchovně vzdělávacího procesu. Pro vyjádření těchto obecných požadavků se v didaktické teorii ustálil pojem didaktické zásady (principy). Jsou to nejen výsledky pedagogického zkoumání, ale zobecněné poznatky a zkušenosti mnohých pedagogů. Specifickou zvláštností didaktických zásad je, že se týkají všech etap vyučovacího procesu, všech metod a forem výchovně vzdělávací činnosti. Mají v podstatě univerzální platnost v rámci celého didaktického procesu. Ve své podstatě představují systém vědecky zdůvodněných požadavků, pravidel procesů výuky a vymezují jeho obsah. Tradiční soustava didaktických zásad, která je v současné didaktice uváděna nejčastěji a má úzkou spojitost s výukou odborných předmětů je tato: zásada názornosti zásada uvědomělosti a aktivity zásada soustavnosti přiměřenosti zásada trvalosti - 9 -

Vedle těchto tradičních didaktických zásad bývají dále uváděny zásady např.: zásada vědeckosti zásada spojení teorie s praxí zásada zpětné vazby zásada komplexního rozvoje osobnosti žáka Zásada názornosti Vede k tomu, aby si žáci vytvářeli technické představy na základě smyslového poznání skutečných předmětů, procesů a jevů, pokud možno bezprostředně, přímo nebo alespoň v jejich názorném zobrazení. Názorné vyučování umožňuje využívat již osvojené poznatky žáků, vede je k aktivitě, vzbuzuje u nich pozornost a dokonalé zapamatování si předkládaného učiva. Zásada uvědomělosti a aktivity Tato zásada je příznačná pro osvojování vědomostí nebo dovedností a předpokládá vytvoření aktivního a kladného vztahu k učení. Vědomosti a dovednosti žáků musí být výsledkem jejich samostatného myšlení, za přímé řídící účasti učitele. Uplatnění zásady uvědomělosti předpokládá aktivitu celé žákovy osobnosti, tj. nejen stránky rozumové, ale i citové a volní. Aktivitu nejlépe učitel zajistí tím, když do vyučování zapojí samotného žáka například zadáním samostatné práce učně. Tím učitel docílí toho, že se žák naučí samostatně pracovat s technickou literaturou, využívat vědomostí z jiných vyučovacích předmětů a aplikovat je k řešení daného odborného úkolu. Kritérium aktivity a uvědomělého osvojení poznatků je tedy jejich praktická aplikace a uplatnění v praxi. Zásada soustavnosti Zásada soustavnosti vyjadřuje požadavek podávat základy věd v pevném a logickém uspořádání a postupně řídit učení žáků ták, aby si osvojovali vědomosti a dovednosti v ucelené soustavě (Pešek Z.a kol.,didaktika, 1964,s.16). Žák si postupně vytváří představy, pojmy, poznává zákonitosti, pravidla a nakonec získává ucelenou soustavu - 10 -

poznatků. Tato zásada vyžaduje, aby se nové poznatky opíraly o vědomosti již dříve osvojené, aby tvořily určitou základnu pro pomyslnou nadstavbu rozšiřujícího učiva. V odborných předmětech vzniká požadavek přizpůsobit obsah i rozsah učiva s ohledem na schopnost a vyspělost žákům. Z toho důvodu je nutné rozlišovat učivo základní tj. nejpodstatnější, které by měli zvládnout všichni žáci a učivo rozšiřující, nadstavbové, doplňkové, které může být požadováno okrajově jen u nejlepších žáků. Zásada přiměřenosti Přiměřenost učiva vyjadřuje požadavek, aby obsah a rozsah učiva, jeho obtížnost a způsob vyučování odpovídaly duševní a tělesné vyspělosti a předběžným znalostem žáků. Při uplatňování zásady přiměřenosti je nutné dodržet osvědčený postup. Postupovat od lehčího k těžšímu, od jednoduchého ke složitějšímu a od blízkého ke vzdálenému. Didaktická zásada přiměřenosti dále vyžaduje, aby obsah a rozsah učiva v odborných předmětech, jeho obtížnost, použité vyučovací metody a formy odpovídaly věkovým zvláštnostem a stupni rozumového vývoje žáků a navazovaly na jejich odborné poznatky, které si již dříve osvojili. Hlavním požadavkem je, aby žáci odborné učivo pochopili a zvládli na požadované úrovni a dovednosti dostatečně procvičili. Zásada trvalosti Tato didaktická zásada zdůrazňuje takové působení na žáky, aby osvojené vědomosti a dovednosti byly trvale zapamatovány. Trvalými vědomostmi jsou ty, které si žáci uchovávají v paměti a na jejich základě pak vytváří poznatky nové. Předpokladem této zásady je názorné předkládání učiva žákům, jeho aktivní vnímání a důsledné opakování a procvičování. Spojení teoretických poznatků s praktickými výrazně přispívá k jejich upevnění. Je-li učivo zvládnuté logicky, tedy naučené s porozuměním, pamatuje se lépe než učivo mechanicky osvojené. Nejvýznamnějším předpokladem zásady trvalosti je zájem a snaha se učit. Zásada vědeckosti Zásada vědeckosti znamená použití vědy jako zdroje systému faktů, pojmů a - 11 -

zákonitostí, které jsou předkládány žákům ve vyučování v rámci odborných předmětů. Rozvoj technických věd klade na učitele značné požadavky zejména na sledování vývoje techniky i na jeho soustavné vzdělávání. Tím může žákům předávat skutečně vědecké poznatky a vytvářet u nich základy správného technického myšlení. Neméně důležité je naučit žáky pracovat s odbornou literaturou a časopisy, které jim napomáhají sledovat vývoj techniky zvoleného oboru. Zásada spojení teorie s praxí Jedná se o zásadu, která především vyžaduje, aby žáci získané nové vědomosti a dovednosti v odborných předmětech mohli včas a na odpovídající úrovni uplatnit v praxi. Zásada zpětné vazby Tato zásada platí pro každou lidskou činnost, tedy i pro práci učitele a žáka. Při vyučovacím procesu má učitel neustálý kontakt se žáky a vhodnými způsoby se informuje o tom, zda žáci rozumí jeho výkladu, zda konají požadované činnosti a jakých výsledků dosahují. Učitel, který má tyto informace k dispozici, může změnit tempo výkladu, vyučovací metodu, popřípadě se vrátit k nepochopené nebo obtížné části učiva. Obdobně žáci by měli být průběžně informováni o tom, zda postupují a pracují správně a efektivně. Jedná se o neustálou výměnu informací mezi učitelem a žákem. Zásada komplexního rozvoje osobnosti žáka Jedná se o rozvoj tří základních složek osobnosti žáka tj. poznávací, postojové a psychomotorické. Učitel při didaktické analýze učiva musí dokázat vystihnout jeho hodnotu a stanovit si odpovídající výukové cíle vzhledem ke komplexnímu rozvoji osobnosti žáka. - 12 -

1. 4 Vyučovací metody Vyučovací metodou rozumíme cílevědomý, promyšlený postup, kterého učitel při výuce používá za účelem dosažení stanoveného výchovně vzdělávacího cíle. Vyučovací metody používané v odborných předmětech lze chápat z hlediska forem nebo z hlediska prostředků. Máme li na mysli průběh vyučování, jsou metody formou, v niž se podává obsah vzdělání a výchovy, máme li na mysli vzdělávací cíl, po tom příslušné metody slouží jako prostředek práce učitele se žáky za účelem jeho splnění. Vyučovací metody v odborných předmětech učitel volí tak, aby respektoval zákonitosti vyučovacího procesu a současně, aby vyučování bylo vedeno v tom smyslu, že žáci nepřijímají jen hotové vědomosti, ale naopak aby pracovali samostatně a pokud to obsah učiva umožňuje, sami poznávali a objevovali nové souvislosti a možnosti využití vlastních získaných poznatků. Protože vyučovacích metod je celá řada a navzájem se prolínají, uvedu zde jen základní rozdělení. Jsou to: Metody z hlediska pramene poznání Metody z hlediska aktivity Metody z hlediska myšlenkových operací Metody z hlediska fází (etap) vyučovacího procesu Metody z hlediska vyučovacích forem a prostředků Metody programovaného učení Blíže bych se věnoval pouze metodám z hlediska pramene poznání a to jen těm, které je vhodné využít pro náš případ osvojení si učiva o polovodičových součástkách. Metody z hlediska pramene poznání dělíme na: Metody slovní - monologické metody (přednáška, vyprávění, vysvětlování, instruktáž) - dialogické metody (rozhovor, diskuze, dramatizace) - metody písemných prací - metody práce s učebnicí a knihou - 13 -

Metody názorně demonstrační - pozorování - předvádění Metody praktické - nácvik pohybových a praktických dovedností - žákovské pokusy a jiné laboratorní pokusy - grafické a výtvarné práce Metody z hlediska pramene poznání 1. 4. 1 Metody slovní Metody slovní se v odborných předmětech často používají, jsou ze všech vyučovacích metod nejdůležitější, protože mluvené slovo v určité formě ostatní metody doplňuje. Mluvené slovo má svůj obsah, se kterým učitel seznamuje žáky z oblasti společenských, přírodních nebo technických věd a formu směřující k zapamatování nových informací a k upevnění již osvojených vědomostí. Je třeba si uvědomit, že mluvené slovo při jeho rozhodující úloze v poznávacím procesu, je nutno spojovat se smyslovým vnímáním a praktickou činností, aby nedošlo k pouhému verbalismu a formalismu. Monologické metody Vysvětlování Vysvětlováni je takové zprostředkování a objasňování učiva, předmětů a jevů, které vede k pochopení příčin, souvislostí a podstaty zkoumaného jevu. Při vysvětlování se učitel soustřeďuje na výklad pojmů, pravidel, zákonů, vede žáky k tomu, aby správně používali úsudků a důkazů. Musí být se žáky v neustálém kontaktu, reaguje na jejich dotazy a připomínky, obrací se na ně s otázkami, aby kontroloval do jaké hloubky a v jakém rozsahu žáci nové učivo pochopili. Součástí vysvětlování bývá často popis. Další součástí této metody je dokazování, které má své opodstatnění nejen v matematice, fyzice, ale také v odborných předmětech. - 14 -

Vysvětlování, popis a důkaz patří k velmi používaným vyučovacím metodám v odborných, přírodovědných i společensko vědných předmětech, neboť žákům s porozuměním umožňuje osvojit si požadované vědomosti a dovednosti a ve své podstatě důsledně přispívá k rozvoji jejich myšlení. Metodické zvládnutí techniky vysvětlování patří k základním učitelským dovednostem, jimiž se v podstatě a zřetelně odlišuje pedagogické interpretace od vědecké. Dialogické metody Rozhovor Charakteristickým znakem metody rozhovoru je souvislé a tématicky návazné střídání otázek a odpovědí mezi učitelem a žákem. Na rozdíl od monologických metod, při nichž hovoří jedinec, podílí se aktivně na rozhovoru nejméně dva účastníci. Účinnost této metody v odborných předmětech spočívá v dokonalém řízení rozhovoru učitelem a v aktivní účasti všech žáků. V odborných předmětech se zpravidla používají čtyři základní druhy rozhovoru: rozhovor jako vyučovací metoda při němž jsou žákům sdělovány nové poznatky rozhovor zaměřený na upevňování získaných vědomostí rozhovor zaměřený k hodnocení žáků rozhovor zaměřený k opakování a upevňování nového učiva Rozhovor, při němž jsou sledovány nové poznatky se uplatňuje tehdy, může-li se učitel opřít o znalosti žáků, popř. o jejich praktické zkušenosti, což se velmi často používá v odborných předmětech. Rozhovor, při něm učitel sděluje žákům nové poznatky může být buď: induktivní od známých poznatků k obecným závěrům deduktivní od obecné poučky k jednotlivým příkladům Rozhovor zaměřený k upevňování vědomostí se uplatňuje ihned po výkladu nového učiva, popřípadě v hodině následující, kdy si žáci učivo upevnili formou samostudia nebo vypracováním domácího úkolu. - 15 -

Rozhovor zaměřený k hodnocení žáků se provádí za účelem prověření a upevnění vědomostí žáků. V případě, že učitel zjistí v určité fázi učiva neznalosti, musí tuto část znovu žákům zopakovat a objasnit. Při kontrolním rozhovoru je vhodné klást krátké, přesné a jasné otázky, které nemusí být v logickém sledu jak bylo učivo vysvětlováno, ale naopak musí žáka nutit k přemýšlení. Doporučuje se, aby při použití metody rozhovoru měl učitel předem přichystány otázky a při opakování učiva se nezdržoval s jejich vymýšlením. Metody písemných prací Metody písemných prací představují písemné projevy žáků, zaměřené na osvojování nových vědomostí, opakování, procvičování učiva a na prověřování získaných vědomostí a dovedností. V odborných předmětech mají metody písemných prací mimořádný význam, protože mluvené slovo učitele je doplňováno zápisem nebo nákresem na tabuli. Zvláště výhodné jsou domácí práce, kde mohou žáci samostatně nebo v menších skupinkách řešit úkoly technického charakteru, které doplňují a rozšiřují probrané učivo. Jedná se zejména o výkresovou dokumentaci doplněnou výpočtem, v elektrotechnických předmětech o zpracování a vyhodnocení naměřených hodnot apod. Velmi důležitá je jejich důsledná kontrola a hodnocení, přičemž je nutné upozornit žáky na chyby, kterých se při samostatné práci dopustili. Písemných prací se úspěšně využívá k prověřování a klasifikaci žákovských vědomostí. Jejich výhodou je, že všichni žáci mají stejně náročné otázky, takže učitel získá přehled, jak žáci prověřované učivo zvládli. Metody práce s učebnicí a knihou V odborných předmětech se musí žák naučit využívat především učebnic, odborných příruček, tabulek, norem a zvládnout orientaci v uvedené odborné literatuře. Při práci s učebnicí a odbornou literaturou je nutné dodržovat určité metodické pokyny: vyhledat v textu hlavní myšlenky, které vyjadřují podstatu učiva, jeho jádro a zvýraznit je, - 16 -

samostatně pronikat do smyslu studovaného textu a vytvářet si vzájemnou souvislost již s osvojenými znalostmi z jiných předmětů, studovat uvědoměle s porozuměním a se soustředěnou pozorností, obrazové přílohy, diagramy, schémata nebo výkresy studovat společně s učebním textem, je-li učivo příliš rozsáhlé, je vhodné vypracovat si přehledné výpisky. Při výkladu nového učiva sledují žáci učební text v učebnici, vyznačují si důležité poznatky, popřípadě si do učebnice nebo učebního textu zapisují poznámky, které tam nejsou uvedeny. Je vhodné si při studiu vypsat do poznámkového sešitu stručné a přehledné výpisky, popřípadě schématické nákresy. V odborných předmětech žáci velmi často pracují s časopisy, které mnohdy doplňují chybějící moderní poznatky, které v učebnici nejsou uvedeny. 1. 4. 2 Metody názorně demonstrační Názorně demonstračními metodami označujeme ty vyučovací metody, které umožňují na základě přímého pozorování předváděného předmětu nebo jevu, bezprostředně poznávat jeho vlastnosti, skutečnosti či zákonitosti. Tyto metody zabezpečují, aby žáci získali pravdivé poznatky, které se opírají o přímé poznání skutečnosti. V procesu osvojování nových poznatků se používá názorně demonstračních metod zejména u skutečných předmětů, různých modelů, obrazů nebo symbolického zobrazení (technický nákres, schéma aj.). Pozorování Pozorování můžeme definovat jako záměrné, účelné a cílevědomé vnímání konkrétních věcí nebo jevů žáky,za účelem fixace vědomostí a dovedností, které si pozorováním osvojují. Pozorování se stává vyučovací metodou tehdy, je-li cílevědomě a promyšleně řízeno učitelem a uvědoměle prováděno žáky při smyslovém poznávání skutečností. Metoda pozorování plní ve vyučování dvojí funkci. Předně umožňuje žákům seznámit se s fakty a tím si vytvořit dostatečnou zásobu konkrétních představ jako předpoklad - 17 -

pro jejich další poznávací činnost. Druhá funkce je zaměřena na ověřování platnosti závěrů a pouček k nimž žáci docházejí prostřednictvím výkladu učitele, nebo při práci s učebnicí a literaturou. Předvádění Převažující aktivita učitele při metodě předvádění spočívá v tom, že demonstruje žákům pomocí názorných pomůcek, a to přímo v učebně, nové poznatky. Přestože s metodou pozorování se značně překrývá a doplňuje, odlišují se zejména svým funkčním zaměřením. Zatímco při pozorování se většinou jedná o vytváření celkových představ a pojmů, u předvádění je pozornost žáků plánovitě a cílevědomě vedena k detailní analýze předváděného předmětu nebo jevu. V technických předmětech se učitel většinou zaměřuje na předvádění skutečných předmětů, obrazů nebo používá symbolického zobrazení v podobě technického nebo schematického nákresu kresleného na tabuli. Velmi důležitou roli při použití metody předvádění hrají materiální didaktické prostředky jako jsou diapozitivy, zvukové nahrávky apod., které vhodnou formou doplňují mluvené slovo učitele. Při předvádění musí učitel dodržovat správný didaktický postup: předkládat předměty co největšímu počtu smyslů, na předvádění se musí učitel co nejlépe připravit a zajistit funkčnost všech přístrojů, celkové předvádění je třeba rozložit na jednodušší prvky, předváděný předmět musí být dostatečně veliký, ve třídě vhodně umístěný nebo učitelem správně předváděný, do předvádění je vhodné zapojit žáky, čímž zvýší jejich aktivitu, bezcenné je předvádění předmětů na začátku výkladu, protože žáci pak výkladu nevěnují dostatečnou pozornost. - 18 -

1. 5 Didaktická technika a učební pomůcky K efektivně řízenému výchovně-vzdělávacímu procesu v odborných předmětech významně přispívá i materiálně technická základna, kterou chápeme jako soubor materiálních prostředků určených k výuce a která slouží jako doplňující prostředek k dosažení stanovených výukových cílů. Můžeme ji chápat jako soubor materiálních prostředků určených k výuce. Jsou to zejména učební pomůcky, didaktická technika, výukové prostory a speciální zařízení školy apod. Funkce didaktické techniky a učebních pomůcek vyplívá ze skutečnosti, že člověk získává 80% informací zrakem, 12% informací sluchem, 5% informací hmatem a 3% ostatními smysly. Tvůrčím způsobem aplikovaná názornost ve výuce odborných předmětů zvyšuje zájem žáků o odbornou výuku, rozvíjí pozornost a aktivitu a přispívá k trvalému osvojení učiva. Nedodržením této zásady vede k formálním vědomostem projevující se u žáků v nedostatečné schopnosti aplikovat teoretické vědomosti v praxi. 1. 5. 1 Didaktická technika Didaktickou technikou rozumíme např. školní tabuli, magnetofon, zpětný projektor, dataprojektor apod. 1. 5. 2 Učební pomůcky Učební pomůckou je např. obraz na filmovém plátně, nákres na tabuli, film apod. Učební pomůcka je vlastně nosičem didaktických informací, kterých se bezprostředně používá ve vyučovacím procesu a které znázorňují vyučovací jev nebo činnost. Učební pomůcky tvoří součást vyučovacího procesu, neboť se bezprostředně vztahují k učivu. Učební pomůcky : působí na rozvoj žákovi osobnosti, formují jeho myšlení, utváří dovednosti, zájmy, postoje funkce výchovná realizují didaktickou jednotu mezi konkrétním a abstraktním funkce gnozeologická (poznávací) rozvíjí vnímání, pozornost, paměť, fantazii, úsudek a myšlení funkce intelektuální rozvíjí žákovu aktivitu a samostatnost funkce samovzdělávací - 19 -

rozvíjí zájem žáků, nutí je experimentovat, objevovat a bádat funkce pozorování a objevu Učební pomůcky výrazně přispívají k racionalizaci vyučovacího procesu. Při práci s učebními pomůckami musí mít učitel na paměti, že učební pomůcky jsou pouze prostředkem, nikoliv cílem výuky! 1. 6 Polovodičové součástky používané v elektronice 1. 6. 1 Polovodičové materiály Tyto materiály se nazývají polovodiče, protože jejich měrný odpor je mezi odporem vodičů (kovů) a nevodičů (izolantů).vodivost polovodičů lze velmi ovlivnit příměsemi ve složení materiálu, nebo jinými vlivy, např. světlem, teplem, elektrickým polem nebo magnetickým polem. Jako polovodičové matriály jsou téměř výhradně používány buď prvky a to křemík nebo germanium, a chemické sloučeniny galiumarsenid nebo indiumantimonit, které krystalizují v krychlové soustavě. Zde je každý atom spojen čtyřmi vazbami se sousedními atomy. Polovodičové materiály jsou potřebné v mimořádné čistotě. Pomocí zvláštní technologie tažení monokrystalu a zónové tavby je možno docílit čistoty, při které na 10 10 atomů krystalu polovodiče, jako je křemík nebo germanium, připadne jen jeden atom jiné látky. Tato čistota odpovídá znečištění bazénu s 500 m 3 vody jedinou kapkou jiné látky (0,05 ml). Křemík jako základní materiál je dnes v polovodičové technice nejdůležitější prvek. Více než 90% polovodičových součástek je na bázi křemíku. Upřednostňování křemíku má tyto tři důvody: - křemíkové součástky vydrží teploty až do 150 C oproti 75 C u germania, - 20 -

- čištění i tažení monokrystalu křemíku je technologicky dobře zvládnuté a usnadněné tím, že se jedná o čistý prvek a ne sloučeninu, - při vysoké teplotě se křemík pokryje vrstvičkou oxidu SiO 2, který dobře izoluje. Jiné polovodiče se uplatňují jen v případech, kdy jsou vlastnosti křemíku v něčem nevyhovující. Například germanium má při vysokých kmitočtech proudu výhodnější vlastnosti a dvouprvkový polovodič galiumarsenid má velkou pohyblivost nosičů elementárních nábojů. Stavba atomů. Jádro atomu křemíku obsahuje 14 protonů a 14 neutronů. Elektronový obal má ve vnitřní vrstvě 2 elektrony, ve druhé vrstvě 8 elektronů a ve vnější valenční vrstvě 4 elektrony (obr. 1). Elektrony ve valenční vrstvě se mohou účastnit chemických vazeb a nazývají se valenční elektrony. Atomy stejného typu jsou spojeny kovalentní (chemickou) vazbou tvořenou elektronovými páry. Atomy jsou tak blízko, že se jejich obaly prolínají. Přitom se přitáhnou elektrony, vždy po jednom z obou atomů a vytvářejí elektronové páry. Touto vazbou mohou 4 elektrony valenční vrstvy atomu křemíku vázat 4 další atomy křemíku (obr. 2). Obr.1 Stavba atomu křemíku Obr.2 Chemické vazby mezi atomy křemíku Vlastní vodivost polovodičů Při velmi nízkých teplotách nejsou v krystalech křemíku žádné volné nosiče nábojů. Při pokojové teplotě kmitají atomy křemíku neuspořádaně kolem svých rovnovážných poloh. Mluvíme o tzv. tepelném pohybu. Tím se některé kovalentní vazby zpřetrhají, rozpadnou. Jednotlivé valenční elektrony se vzdálí od svých atomů a volně se pohybují - 21 -

uvnitř krystalu. Nazýváme je vodivostní elektrony (obr. 3). Napětí připojené na polovodičový krystal vytvoří elektrické pole, které pak unáší elektrony od minus pólu k plus pólu. Obr.3 Krystalová mříž křemíku Jakmile se nějaký valenční elektron vzdálí ze své pozice jako volný elektron, vznikne po něm mezera, zvaná díra. Díry tedy rovněž přispívají k vlastní elektrické vodivosti. Valenční elektron sousední vazby totiž může tuto díru zaplnit, pokud je přítomno elektrické pole. Na místě, ze kterého se přesunul, vznikne pak opět díra. Tento průběh se průběžně opakuje. Díra se pohybuje celým krystalem v opačném směru než elektrony. Elektrické napětí připojené na krystal polovodiče způsobí pohyb vodivostních elektronů od záporného pólu ke kladnému a pohyb děr v opačném směru. Nevlastní vodivost polovodičů Přidáním nepatrného množství příměsi do taveniny čistého polovodičového materiálu stoupne enormně vodivost polovodičového krystalu, např. jediný atom trojvazného bóru na 100 000 atomů křemíku zvětší tisíckrát vodivost. Cizí atomy, také např. hliníku nebo fosforu, naruší krystalovou mřížku. Přidání cizích atomů do čistého polovodičového materiálu nazýváme dotování. Nepatrné dotování čistého krystalu polovodiče cizími atomy, např. hliníku nebo fosforu, zvýší velmi silně jeho vodivost. - 22 -

Dotované polovodiče nazýváme nevlastními polovodiči. Při dotování krystalu křemíku umělými nečistotami, způsobí atomy fosforu s 5 valenčními elektrony převahu vodivostních elektronů, a atomy hliníku se 3 valenčními elektrony nadbytek děr. Polovodič typu N Jeden atom fosforu má 5 valenčních elektronů. Při jeho umístění do krystalu křemíku využije 4 valenční elektrony k chemickým vazbám a 5. elektron je volně vázán ke svému jádru (obr. 4). Stačí i malá teplota, aby se stal volně pohyblivým vodivostním elektronem. Fosforem dotovaný krystal křemíku se stane polovodičem typu N s volnými elektrony. Tyto příměsi s volnými elektrony nazýváme donory. Obr.4 Vznik polovodiče typu N Polovodiče typu N (negativní) obsahují volné elektrony (vodivostní elektrony) jako nosiče nábojů. Vodivost dotovaného polovodiče se nazývá nevlastní vodivost. Při průtoku proudu dotovaným polovodičem se pohybují vodivostní elektrony od mínus-pólu k plus-pólu. Polovodiče typu P Do krystalové mřížky polovodiče, např. křemíku, jsou přidány atomy trojvazného prvku, např. bóru, hliníku nebo india, se třemi valenčními elektrony. Tyto příměsi - 23 -

nazýváme akceptory. Při dotování trojvazným prvkem chybí v chemických (kovalentních) vazbách elektrony (obr. 5). Stačí i malá teplota, aby do volných vazeb přeskakovaly při tepelném pohybu elektrony z vazeb sousedních. Přesunuté elektrony zanechají opět díry. Trojvazné atomy tedy působí vznik děr v krystalové mřížce křemíku. Krystal křemíku se stává polovodičem typu P. Obr.5 Vznik polovodiče typu P Polovodiče typu P (pozitivní) obsahují volné díry (chybějící elektrony) jako nosiče nábojů. Nevlastní elektrická vodivost polovodiče dotovaného příměsí donoru nebo akceptoru je na teplotě jen velmi málo závislá. Přechod PN Spojíme nyní polovodič typu P s polovodičem typu N. Po spojení obou polovodičů opačné polarity P a N nastane v místě jejich styku difúze obou druhů částic. Po chvíli difúzní proud skončí, rekombinace v místě styku ustane a vznikne zde úzké neutrální pásmo. Spojení mezi oběma typy polovodičů se nazývá přechod (obr. 6). Obr.6 Přechod PN - 24 -

V praxi získáme přechod PN tak, že v téže krystalové mříži polovodiče, nejčastěji křemíku, vytvoříme jak vrstvu typu P to jest s děrovou vodivostí, tak vrstvu typu N, s elektronovou vodivostí. V místech, v nichž materiál jednoho typu vodivosti přechází do materiálu s opačným typem vodivosti, dostaneme přechod PN. Rozdělení polovodičových prvků Podle počtu přechodů, které mají polovodičové prvky, je rozdělujeme na: prvky bez přechodu PN (termistory, fotorezistory, varistory, Hallovy články... ) prvky s jedním přechodem PN (diody) prvky se dvěma přechody PN (tranzistory) prvky se třemi přechody PN (tyristory) prvky se čtyřmi přechody PN (triaky) prvky s více přechody PN (integrované obvody) 1. 6. 2 Polovodiče bez přechodu PN Jsou to polovodičové součástky, jejichž vlastnosti, jako je například odpor, se mění s teplotou, osvětlením, přiloženým napětím, magnetickým polem a podobně. Nejčastěji používané jsou: Termistory- jsou teplotně závislé odpory, u nichž se vzrůstající teplotou odpor klesá (obr.7, 8). Obr.7 Grafická značka termistoru Obr.8 Tepelná závislost termistoru - 25 -

Použití termistorů přesné a rychlé měření teploty. Rozměr perličkového termistoru je velmi malý velikost špendlíkové hlavičky. měření rychlosti kapalin a plynů. Měří se ochlazení termistoru v potrubí. ochrana žhavení elektronek nebo žárovek. Termistor v sérii se žhavícími vlákny má při zapnutí velký odpor. stabilizace pracovního bodu tranzistoru. Fotorezistory jsou polovodičové součástky, které mění svůj odpor s osvětlením. Využívají tak zvaný fotoefekt, což je vlastnost některých látek například selenu. Tyto látky při osvětlení uvolňují elektrony, ty ale neemitují, ale zůstávají uvnitř hmoty. Čím více světla, tím více uvolněných elektronů a tím menší odpor součástky. Přibližně platí, že pokud je ve tmě odpor fotorezistoru asi 1 MΩ, pak při světle asi 1 kω (οbr. 9). Fotočlánek- dáme-li pod fotorezistor destičku z mědi, budou uvolněné elektrony přecházet přes vytvořenou hradlovou vrstvu mezi mědí a polovodičem do mědi. Toto je princip fotočlánku, který přeměňuje světelnou energii přímo na energii elektrickou (obr.10). Obr.9 Grafická značka fotorezistoru Obr.10 Princip fotočlánku Využití fotorezistorů měření a regulace sluneční zdroje sluneční pohony Varistory jsou polovodičové součástky, u kterých je odpor závislý na přiloženém napětí. Vyrábí se z karbidu křemíku (obr.11). - 26 -

Využití varistorů stabilizace napětí ochrana proti přepětí (ventilová bleskojistka) Obr.11 Grafická značka varistoru Hallovy články jsou polovodičové součástky, jejichž odpor (napětí) závisí na intenzitě magnetického pole. Princip Hallova jevu Plochý kovový vodič napájený stejnosměrným proudem je umístěn v magnetickém poli. Kolmo na směr proudu a kolmo na směr magnetického pole vzniká ve vodiči malé napětí jako výsledek působení magnetického pole na pohybující se nosiče elektrického proudu. Tomuto napětí říkáme Hallovo napětí. Nahradíme-li plochý kovový vodič tenkou vrstvou polovodiče, bude jev podstatně výraznější (obr.12). Využití Hallova článku měření magnetických veličin měření velkých stejnosměrných proudů bezkontaktní spínače Obr.12 Princip Hallova článku 1. 6. 3 Diody Polovodičové diody jsou součástky s jedním přechodem PN a se dvěma vývody. - 27 -

Princip diody Zapojíme krystal PN dle obr. 13, nosiče (elektrony a díry) se budou chovat následovně: kladné díry jsou odpuzovány od + k přechodu elektrony jsou odpuzovány od k přechodu přechod PN je zaplaven pohyblivými nosiči, takže jeho odpor se značně zmenšuje díry budou rekombinovat s elektrony všude jsou nosiče, takže krystal bude elektricky vodivý Obrátíme polaritu zdroje u krystalu PN dle obr. 14, nosiče (elektrony a díry) se budou chovat následovně díry přilnou k -, elektrony k + na přechodu vznikne tak pásmo bez volných nosičů proto bude krystal elektricky nevodivý Obr.13 Dioda ve vodivém (propustném) směru Obr.14 Dioda v nevodivém (nepropustném) směru Polovodič s jedním přechodem PN, neboli dioda, elektrický proud v jednom směru propouští a v druhém nepropouští. Proto lze polovodičovou diodu využít k usměrňování střídavého proudu na proud stejnosměrný. Polovodičová dioda se nazývá také elektrický ventil a ve schématech se zakresluje značkou znázorněnou na obr. 15. U diody se polovodič typu P jmenuje anoda A a polovodič typu N katoda K. - 28 -

Obr.15 Značka polovodičové diody Voltampérová charakteristika diody VA charakteristika diody je závislost proudu diodou na přiloženém napětí. Získáme ji proměřením diody. Měříme nejprve v propustném směru, potom otočíme polaritu napájecího zdroje a změříme charakteristiku v závěrném směru. Jak taková charakteristika diody vypadá je zřejmé z obr. 16. Na charakteristice diody jsou vyznačeny dva nejdůležitější parametry diody: I dmax maximální dovolený proud v propustném směru U dmax maximální závěrné napětí Obr.16 VA - charakteristika diody 1. 6. 4 Tranzistory bipolární Tranzistory jsou polovodičové prvky se dvěma přechody PN. Jsou schopny zesilovat a generovat elektrické signály, pracovat jako spínače, realizovat logické funkce atd. Tranzistory bipolární využívají oba druhy nosičů elektrického náboje tj. elektronů a děr, kdežto tranzistory unipolární využívají buďto jen elektronů, nebo jen děr. Tranzistor se skládá ze tří vrstev, které mají různé typy vodivosti. V našem případě má střední vrstva vodivost typu P, a nazývá se báze (B). Krajní vrstvy mají vodivost typu N, přičemž jedna vrstva se nazývá emitor (E) a druhá kolektor (K). - 29 -

V tranzistoru tedy vznikají dva přechody PN, a to jednak emitorový přechod mezi emitorem a bází, jednak kolektorový přechod mezi kolektorem a bází (obr. 17). Obr.17 Tranzistor NPN Obr.18 Náhradní zapojení tranzistoru Tranzistor si tedy můžeme představit jako spojení dvou polovodičových diod, z nichž jednu tvoří kolektor báze a druhou emitor báze (obr. 18). Připojme k tranzistoru zdroj stejnosměrného napětí U KE. Emitorový přechod mezi bází a emitorem je zapojen sice v propustném směru, ale kolektorový přechod mezi bází a kolektorem je zapojen v nepropustném směru, a tak proud obvodem emitor korektor nemůže protékat (obr. 19). Připojme mezi bázi a emitor další zdroj stejnosměrného napětí U BE (obr. 20). Protože je emitorový přechod zapojen v propustném směru, pak účinkem napětí U BE začnou volné elektrony proudit z emitoru do báze. Ve skutečnosti je ovšem vrstva báze velmi tenká (přibližně 0,01 mm), a tak většina elektronů (přibližně 97%) pronikne setrvačností až ke kolektorovému přechodu. Kolektorový přechod je sice zapojen v nepropustném směru, ale pouze pro díry a nikoli pro elektrony, které jsou naopak kladným pólem kolektoru přitahovány a odtud proudí až ke kladnému pólu zdroje napětí U KE. - 30 -

Obr.19 Tranzistor bez napětí báze Obr.20 Princip činnosti tranzistoru Volné elektrony protékají tranzistorem z emitoru do kolektoru a obvodem protéká kolektorový proud I K. Menší část proudu (přibližně 3%) protéká rovněž z emitoru přes bázi ke kladnému pólu zdroje napětí U BE a obvodem protéká proud báze I B. Platí proto: I E = I B + I K, ale přibližně lze psát I K I E Druhy tranzistorů Známe dva druhy tranzistorů a to tranzistory NPN a tranzistory PNP, jejichž princip je stejný. Liší se uspořádáním vodivostních oblastí a zapojením napájecího napětí. Tranzistor NPN musí mít na kolektoru vždy kladné napětí, tranzistor PNP vždy záporné napětí. Není-li tato podmínka dodržena, tranzistor se zničí. Malá odlišnost je ve schematických značkách. Tranzistor NPN má emitorovou značku (šipku) ven, kdežto PNP dovnitř (obr. 21, 22). Vlastnosti tranzistorů NPN a PNP jsou jinak stejné. Obr.21 Tranzistor NPN Obr.22 Tranzistor PNP - 31 -

Základní zapojení tranzistorů V elektronických obvodech může být tranzistor zapojen třemi základními způsoby. Podle elektrody, která je společná pro vstupní i výstupní signál se rozlišuje zapojení se společnou bází SB, se společným emitorem SE a se společným kolektorem SC (obr. 23). Každé toto zapojení má svoje specifické vlastnosti. Obr.23 Základní zapojení tranzistorů 1. 6. 5 Tyristory Tyristor je čtyřvrstvý polovodičový prvek se třemi přechody PN, NP, PN a třemi elektrodami anodou (A), katodou (K) a řídící elektrodou (G). Tyristory se používají jako spínače a především jako tzv. řízené usměrňovače. Řídí usměrněný výkon téměř beze ztrát energie. Protože tyristor má řídící elektrodu je nazýván triodovým tyristorem (obr.24). A anoda K katoda G řídící elektroda Obr.24 Struktura a grafická značka tyristoru Činnost tyristoru Není-li na elektrodě G napětí, pak tyristorem proud neprotéká. Připojíme-li totiž na anodu A záporné napětí a na katodu K kladné napětí, pak průtok proudu je přerušen - 32 -

oběma přechody PN. Připojíme-li naopak na anodu A kladné napětí a na katodu K záporné napětí, pak průtok proudu je přerušen přechodem NP. Připojíme-li na tzv. řídicí elektrodu G kladné napětí, stane se přechod NP vodivý a tyristorem bude protékat proud. Co je zejména důležité, bude jím protékat i tehdy, jestliže napětí na řídící elektrodě G přerušíme. To znamená, že pro zapnutí tyristoru stačí přivést na řídící elektrodu G jen časově krátký impuls. Při zapnutém tyristoru je příslušná část VA - charakteristiky podobná charakteristice diody v propustném směru. V sepnutém stavu tyristor setrvává, dokud propustný proud neklesne pod hodnotu tzv. vratného proudu I H (obr. 25) a to přerušením hlavního obvodu anoda katoda, nebo komutací anodového napětí do zpětného směru. Potom nastane vypnutí tyristoru přechod z propustného stavu do stavu blokovacího. Vše je patrné z VA charakteristiky tyristoru. Obr.25 VA charakteristika tyristoru 1. 6. 6 Triak Triak je obousměrný triodový tyristor s pětivrstvou strukturou PNPNP a s čtyřmi přechody. Vznikne vnitřním uspořádáním antiparalelního zapojení dvou tyristorů (obr.26). Triak je polovodičová součástka umožňující řízení obou půlvln střídavého proudu jednou řídící elektrodou.od tyristorů se tedy liší tím, že jej signálem na řídící elektrodě lze uvést do vodivého stavu při obou půlvlnách střídavého napětí, tedy při obou polaritách.používá se k řízení střídavého výkonu. Propustnost triaku v obou směrech vyjadřuje VA charakteristika (obr.27). Triaky se vyrábějí na napětí až 1 000 V a pro proudy řádově jednotky až 100 A. - 33 -

Obr.26 Triak - antiparalelní zapojení dvou tyristorů struktura triaku, grafická značka Obr.27 VA charakteristika triaku 1. 6. 7 Diak Diak je dvou elektrodová polovodičová součástka se třemi vrstvami různého typu vodivosti, u které mohou oba přechody PN pracovat v lavinovém průrazu (obr. 28). Diak nemá řídící elektrodu a je spínaný přiloženým napětím. Je-li napětí na svorkách diaku menší než spínací napětí U BO je jeden z přechodů zavřen a diakem prochází jen malý závěrný proud. Diak je vypnutý, a to v blokovacím stavu. Dosáhne-li napětí na diaku spínacího napětí U BO, nastane nedestruktivní průraz závěrně polarizovaného přechodu a diak sepne do vodivého (propustného) stavu (obr.29). Diak se používá v zapínacích a řídících obvodech triaků. Obr.28 Diak struktura a grafická značka Obr.29 VA charakteristika diaku 1. 6. 8 Integrované obvody Integrovaný obvod (IO) je mikroelektronický celek s pasivními i aktivními prvky, který tvoří určitý funkční obvod a je umístěný v jedné křemíkové destičce čipu. - 34 -

Integrované obvody vznikaly kolem roku 1960 a jejich význam se přirovnává k objevu tranzistoru. Podstatné vlastnosti jsou spolehlivost, malé rozměry a váha, nízká spotřeba. Integrovaných obvodů se vyrábí spousty druhů. Základní rozdělení podle jejich funkce je: IO analogové zpracovávají signál spojitě se měnící IO číslicové signál může mít jen dvě úrovně 0 a 1. Podle počtu polovodičových prvků v jednom integrovaném obvodu (podle tzv. stupně integrace) dělíme IO na tyto druhy: SSI s malou integrací na jedné destičce je až 50 prvků MSI se střední integrací s počtem až 500 prvků LSI s velkou integrací s počtem nad 500 prvků VLSI s zvláště velkou integrací v jednom prvku obsahují celá zařízení např. procesor počítače. Podle technologie výroby dělíme integrované obvody na tři skupiny: Monolitické vyrábějí se na jedné destičce monokrystalu. Technologie jejich přípravy je levnější než u ostatních druhů. Na jednom výbrusu křemíkového krystalu se připraví diody, tranzistory a rezistory a navzájem se propojí do uceleného obvodu. Vrstvové vyrábějí se nanesením polovodičových, vodivých a izolačních vrstev na izolační destičku ze skla nebo s keramiky. Poměrně jednoduchou technologií se na těchto vrstvách připraví pasivní prvky (rezistory, kondenzátory) a z tranzistorů pouze tranzistory řízené elektrickým polem (MOS). Hybridní je to kombinace obou uvedených druhů. Na izolační destičku se nanesou vrstvy a v nich se vytvoří rezistory, kondenzátory a vodivé spoje. Na takto upravenou destičku se vsadí jednotlivé diody a tranzistory nebo celé monolitické integrované struktury. Nejrozšířenější výrobní technologií je tzv. planární technologie. Základní surovinou je křemík, ze kterého se po složitém zpracování a čistění získá tzv. monokrystal křemíku. Ten se nařeže na tenké destičky, dále vybrousí, naleští a na povrchu uměle zoxiduje. Oxid křemíku je dielektrikum čili izolant. Na jednu takovou destičku se umístí asi sto čipů IO, které se najednou dále zpracovávají fotografickou - 35 -

cestou. Hotová destička se po proměření funkčnosti rozřeže na jednotlivé čipy a ty se nalepí na nosné podložky. Vývody čipu se propojí zlatými drátky ke kolíkům pouzdra (obr. 30). Celek se hermeticky umístí do ochranného pouzdra. Pouzdra mohou být buď kovová nebo umělohmotná typu DIL (obr. 31). Obr.30 Připojení čipu Obr.31 Pouzdro typu DIL 2. PRAKTICKÁ ČÁST 2. 1 Vyučování odborného výcviku V praktické části se chci věnovat, jak již bylo řečeno, ověření teoretických vědomostí na konkrétních příkladech zapojení polovodičových součástek v elektronických obvodech. Než přistoupím k samotným schématům, něco o odborném výcviku obecně. Teorii vzdělávání a vyučování označujeme termínem didaktika. Didaktika odborného výcviku zkoumá jevy specifické pro tento učební předmět a patří k didaktice oborové. Obecná didaktika pak zkoumá zákonitosti, podstatu a obsah vzdělávání. Odborný výcvik na středním odborném učilišti navazuje na vědomosti a dovednosti získané na základní škole a vhodně využívá předchozí průpravu v předmětu pracovní vyučování. V pracovním vyučování na základní škole se pěstuje pozitivní vztah k manuální práci a jsou vytvářeny základy odborných vědomostí a dovedností v nejčastěji se vyskytujících povoláních, jako je strojírenství, elektrotechnika, zpracování dřeva a umělých hmot, zemědělství apod. Všechno to, co bylo získáno - 36 -

v pracovním vyučování, se dostává v odborném výcviku do nových souvislostí a slouží jako základ pro rozvíjení znalostí a dovedností v nových podmínkách. Hlavním cílem odborného výcviku je osvojení takových pracovních činností, pomocí kterých může absolvent vykonávat kvalifikovaně svoje povolání. Pracovní činnosti potřebné pro kvalifikovaný výkon povolání jsou stanoveny učební osnovou odborného výcviku. Žáci si je osvojují postupně. Stupeň osvojení určité pracovní činnosti lze sledovat jen nepřímo, a to prostřednictvím kvality a rychlosti jejího provedení. Průběh učení senzomotorických dovedností rozdělujeme do tří fází: První fáze učení, ve které se žák seznamuje s učebním úkolem, přijímá informace, které jsou mu podávány, orientuje se v nich a vytváří si konkrétní představu o cíli, k němuž má dospět. Sleduje postup, kterým stanoveného cíle dosáhne, a snaží se zapamatovat algoritmus tohoto postupu a sám se pokouší o jeho splnění. Výsledkem této fáze je vytvoření jasné představy o pracovní činnosti, kterou si má žák osvojit. Druhá fáze učení bezprostředně navazuje na fázi první. Žák zkouší a ověřuje si správnost svého výkonu, přičemž postupuje podle stanoveného algoritmu. Opakovaným cvičením se jeho pohyby stávají diferencovanější a koordinovanější, až si je osvojí a vytvoří tak základní dovednosti. Třetí fáze učení následuje po druhé fázi s určitým časovým odstupem. Žák si dalším cvičením zdokonaluje a upevňuje základní dovednosti. První fáze zabírá kolem 10%, druhá přibližně 50% a třetí fáze 40% času potřebného k plnému osvojení dané pracovní činnosti. O uplatnění didaktických zásad při osvojování a dovedností jsem se již zmínil v teoretické části. Protože se se zásadami uplatňovanými v odborném výcviku překrývají, nebudu se k nim již vracet. Pouze bych rád zmínil ještě dva pedagogické principy, které uvádí Jůva v Úvodu do pedagogiky a které mají velkou důležitost. Princip emocionálnosti, kterým rozumíme požadavek probouzet ve výchovně vzdělávacím procesu adekvátní citové prožitky vychovávaného jedince, opírat se o ně a udržovat trvale radostnou tvůrčí atmosféru. Radostná nálada při jakékoliv činnosti zvyšuje výkon, optimalizuje průběh poznávacích i motorických procesů, usnadňuje překonávání překážek a snižuje pocit únavy. - 37 -