A compreensão e o controle de um fenômeno físico possibilitam a reprodução experimental do mesmo [1]. No caso do efeito transistor, o domínio do mesmo possibilitou a construção de dispositivos práticos capazes de reproduzir tal efeito e abriu portas para o crescimento e avanço da eletrônica até os dias de hoje.
Reproduzir experimentalmente um fenômeno significa produzir repetição dos resultados quando todas as condições experimentais forem repetidas. Mas a rigor produzir respostas totalmente iguais é uma exceção, o normal é conseguir um grau aceitável de similaridade dentro de uma margem de erro que é determinada pelo grau de precisão das técnicas e equipamentos utilizados.
Isto também é valido para os componentes eletrônicos como transistores, pois mesmo quando dois componentes eletrônicos são construídos para produzirem a mesma resposta, a similaridade entre as respostas estará dentro de uma margem de erro determinada pela precisão das técnicas e equipamentos utilizados na fabricação dos componentes. Isto é traduzido em variações entre as respostas dos componentes, não idealidades, que seriam nulas se estes fossem realmente iguais.
Os circuitos construídos com estes componentes também estarão sujeitos a estas variações, portanto em projetos de circuitos eletrônicos estas não idealidades devem ser consideradas. Em muitas situações pequenas variações podem até ser ignoradas, mas existem situações em que tais efeitos devem ser minimizados ao máximo, como é o caso de ruídos de padrões fixos fixed-pattern noise (FPN) [2] que ocorrem em câmeras de imagem, fig. 1.
Figura 1:Imagens com FPN: esquerda (escuro), centro (iluminação media), direita (iluminação forte). Fig. 4.2 de [2]
No caso de FPN, as não-idealidades dos componentes geram artefatos nas imagens, fig. 1, quando a câmera é submetida a uma iluminação uniforme. Se os componentes que deveriam ser iguais tantos nos sensores, quanto nos circuitos de controle da câmera, realmente fossem iguais, o resultado seria aquele apresentado na fig. 2.
Figura 2: Imagens sem FPN: esquerda (escuro), centro (iluminação media), direita (iluminação forte). Fig. 4.2 de [2]
As não-idealidades estão presentes em todos os tipos de circuitos eletrônicos e basicamente alteram o ponto de polarização de um circuito para outro. Por isso utilizamos componentes como resistores variáveis em alguns pontos específicos dos circuitos para realizar ajustes.
Em circuitos discretos realizar tais ajustes é razoavelmente simples, pois os pontos de ajuste podem ser concebidos durante o projeto e pode até mesmo ser implantado após o circuito ser fabricado. Já em circuitos integrados qualquer tipo de ajuste deve ser pensado durante o projeto, pois depois do circuito fabricado não será mais possível implementar modificações, pois neste caso é muito mais viável refazer o projeto do que corrigir o circuito no chip.
REFERENCIAS
[1] O EFEITO TRANSISTOR ANTES DE 1947: http://thecircuitcracker.blogspot.com.br/2015/09/o-efeito-transistor-antes-de-1947.html (acessado em 08/10/2015)
[2] C. A. de Moraes Cruz, “Simplified Wide Dynamic Range CMOS Image Sensor with 3T APS Reset-Drain Actuation,” Ph.D. dissertation, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Hirizont-MG, Brazil, 2014.
Circuitos de referência de tensão são de grande importância em microeletrônica, pois têm a função de fornecer uma tensão insensível às variações de sua tensão de alimentação e temperatura a outros blocos do mesmo circuito integrado, como conversores analógico-digital e digital-analógico, e reguladores de tensão. Por serem analógicos, os circuitos de referência de tensão são afetados por variações do processo de fabricação e principalmente por descasamentos entre seus dispositivos. A imprecisão intrínseca resultante pode ser reduzida através do aumento das áreas dos dispositivos, mas esta é uma abordagem que pode ser custosa se realizada indiscriminadamente, dado o elevado preço da área. Variações físicas prejudicam o “desempenho” dos circuitos. O modo como uma variação física afeta um dispositivo em uma pastilha (die) depende da relação entre as dimensões físicas do dispositivo e a distância de correlação da variação. Fatores sistemáticos: distância de correlação da variação muito superior às dimensões do dispositivo, produzindo gradientes (mesmo efeito em grande área no entorno deste). Decorrem de variações ou deformações em componentes do processo ou elementos do ambiente, como: dilatação térmica de equipamentos. Mudança na concentração de substâncias de ataque, deposição ou dopagem. Tensões mecânicas permanentes na superfície do substrato. Um exemplo de efeito global: a variação na espessura do óxido (tox) ao longo de um wafer faz com que transistores identicamente desenhados tenham comportamentos elétricos diferentes.
ResponderExcluirok.
ExcluirO AMPOP é um componente com duas entradas e uma saída. Idealmente, os terminais de entrada têm uma impedância muito elevada (geralmente pode considerar-se como infinita) semelhantes à impedância de entrada de um voltímetro. Esta característica torna-os escolhas obvias na construção de circuitos de interface, pois não alteram significativamente o funcionamento do circuito que estão a monitorizar. Geralmente as entradas do AMPOP são gates de transístores MOS, o que lhe confere correntes de entrada desprezáveis e impedâncias de entrada muito elevadas, que deste modo não carregam a saída do bloco precedente. O terminal de saída do AMPOP é desenhado de forma a poder facilmente fornecer corrente sendo tipicamente dimensionado de modo a conseguir atacar os andares seguintes com o menor dispêndio de energia possível. A capacidade de fornecer corrente sem degradar os valores da tensão de saída traduz-se numa baixa impedância de saída.
ResponderExcluirEfeito das limitações do AMPOP em circuitos práticos
Quando usados na construção de conversores, filtros ativos, montagens de ganho, o efeito destas não idealidades, relativamente ao modelo ideal do AMPOP, é frequentemente determinante no desempenho destes sistemas. O efeito da tensão de offset e da limitação de ganho na generalidade das montagens realimentadas, faz‑se sentir num erro na tensão de saída da ordem de grandeza da tensão de offset (tipicamente entre 1mV e 100mV), e/ou da ordem de grandeza do inverso do ganho estático do AMPOP. Esta limitação determina frequentemente a resolução máxima que se pode obter (e.g. no caso dos conversores A/D ou D/A). Por sua vez, a limitação na largura de banda (e ocasionalmente a slew-rate) determinam a velocidade máxima de operação do AMPOP, i.e. a frequência máxima dos sinais de entrada e saída ou a velocidade de comutação do amplificador. Esta não idealidade determina geralmente a velocidade máxima na implementação de conversores A/D e D/A ou a frequência máxima de operação no caso de filtros ativos e montagens de ganho.
ok (1)
ExcluirO AMPOP é um componente com duas entradas e uma saída. Idealmente, os terminais de entrada têm uma impedância muito elevada (geralmente pode considerar-se como infinita) semelhantes à impedância de entrada de um voltímetro. Esta característica torna-os escolhas obvias na construção de circuitos de interface, pois não alteram significativamente o funcionamento do circuito que estão a monitorizar. Geralmente as entradas do AMPOP são gates de transístores MOS, o que lhe confere correntes de entrada desprezáveis e impedâncias de entrada muito elevadas, que deste modo não carregam a saída do bloco precedente. O terminal de saída do AMPOP é desenhado de forma a poder facilmente fornecer corrente sendo tipicamente dimensionado de modo a conseguir atacar os andares seguintes com o menor dispêndio de energia possível. A capacidade de fornecer corrente sem degradar os valores da tensão de saída traduz-se numa baixa impedância de saída.
ResponderExcluirEfeito das limitações do AMPOP em circuitos práticos
Quando usados na construção de conversores, filtros ativos, montagens de ganho, o efeito destas não idealidades, relativamente ao modelo ideal do AMPOP, é frequentemente determinante no desempenho destes sistemas. O efeito da tensão de offset e da limitação de ganho na generalidade das montagens realimentadas, faz‑se sentir num erro na tensão de saída da ordem de grandeza da tensão de offset (tipicamente entre 1mV e 100mV), e/ou da ordem de grandeza do inverso do ganho estático do AMPOP. Esta limitação determina frequentemente a resolução máxima que se pode obter (e.g. no caso dos conversores A/D ou D/A). Por sua vez, a limitação na largura de banda (e ocasionalmente a slew-rate) determinam a velocidade máxima de operação do AMPOP, i.e. a frequência máxima dos sinais de entrada e saída ou a velocidade de comutação do amplificador. Esta não idealidade determina geralmente a velocidade máxima na implementação de conversores A/D e D/A ou a frequência máxima de operação no caso de filtros ativos e montagens de ganho.
REFERENCIAS
http://cadeiras.iscte.pt/cse/Folhas/AMPOPs/AMPOPs.htm
Para um circuito em que se buscava a implementação de um filtro ativo gm-C, passa-baixas, baseada em Amplificadores Operacionais de Transcondutância (OTA’s) de duas entradas diferenciais, também chamado de OTA diferencial de diferenças, com transcondutância ajustável, grande linearidade e grande excursão de sinal de entrada. Onde o filtro deve limitar a banda do sinal que será processado pelo filtro a capacitores chaveados, evitando a ocorrência do fenômeno de aliasing. Sendo o mesmo de inúmeras aplicações.
ResponderExcluirPara que o OTA possa funcionar adequadamente, é preciso que haja um nível de tensão não nulo nas entradas dos pares diferenciais, suficientes para que os transistores operem na região de saturação. Da mesma forma, suas saídas precisam ter um nível de tensão suficiente para polarizar as entradas dos circuitos subsequentes. Porém, esse nível de tensão na saída deve ser controlado para que não varie demais durante a operação, evitando que prejudique seu funcionamento, além do eventual comprometimento da polarização dos circuitos que o sucedam.
Para garantir o controle desse nível de tensão na saída do OTA é que se utiliza o circuito de controle de modo comum.
O circuito de controle de modo comum serve principalmente para compensar o descasamento entre as fontes de corrente pMOS e nMOS nas saídas do OTA, evitando que os transistores na saída acabem na região de tríodo.
REFERÊNCIA: http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10001915.pdf
ok (1);
ExcluirOs resistores são os componentes mais comuns em sistemas eletrônicos. Estes componentes são construídos, basicamente, de três formas:
ResponderExcluir• com composição de carbono;
• com um fio enrolado;
• com filmes finos.
Devido à técnica de construção, o resistor de filme fino tem valores mais precisos de resistência do que o resistor com composição de carbono, e tem menor indutância do que o resistor de fio.
Dependendo da técnica de construção, os resistores reais comportam-se de uma forma um pouco diferente da ideal em altas frequências. Um efeito mais significativo é representado pela indutância e pela capacitância dos terminais do elemento.
Fontes:
https://repositorio.ufsc.br/bitstream/handle/123456789/106730/317559.pdf?sequence=1
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ExcluirEspelhos de Corrente
ResponderExcluirOs espelhos de corrente são muito utilizados em circuitos integrados e o seu projeto requer, por muitas vezes, alto nível de fidelidade do sinal copiado. Os espelhos de corrente são estruturas muito importantes em circuitos CMOS. Estes "espelhos" podem: fazer cópias de correntes, polarizar um circuito ou utilizar as informações do sinal de corrente. As fontes de erros responsáveis pela não-idealidade neste circuito, são duas: o descasamento entre os dispositivos e o efeito de modulação do comprimento do canal. Espelhos de corrente são circuitos formados transistores, onde o ganho da corrente é extremamente influenciado pela geometria dos transistores. Esta geometria é caracterizada pelo comprimento(L) e a largura(W), e a precisão dos circuitos estão relacionadas fortemente com o processo de fabricação. Em uma configuração de transistores na qual ambos possuam a mesma geometria e tensão, é considerado que os dois transistores sejam percorridos pela mesma corrente. Se não considerarmos a impedância de saída e considerarmos os transistores com a mesma dimensão ambos apresentarão mesma tensão , porém se considerarmos a impedância de saída o transistor que tiver a maior tensão também terá a maior corrente. O aumento desta tensão implica na diminuição do comprimento efetivo do canal e quando houver este desbalanceamento de tensão o efeito de modulação do canal será mais acentuado em um dos dois componentes. Uma maneira de corrigir isto seria aumentar o comprimento do transistor, fazendo com que a diferença entre o comprimento nominal e efetivo seja desprezível. Outra maneira é usar o espelho de corrente Cascode Regulado, pois o mesmo reduz a sensibilidade do circuito à possíveis variações da tensão de dreno do transistor que fornece a corrente de saída.
Referências:
http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10001957.pdf
http://www.feis.unesp.br/Home/departamentos/engenhariaeletrica/pos-graduacao/aula_09-2013-27-03-2013.pdf
ok (1);
ExcluirConversor A/D.
ResponderExcluirNo conversor analógico-digital, principalmente aqueles que usam amplificadores operacionais (por exemplo, conversores que usam a rede R-2R), apresentam uma tensão de saída (tensão de offset), mesmo quando a entrada de dados representa o valor zero. Isso ocorre, por que a característica interna do amplificador operacional utiliza dois transistores com características diferentes (o valor de beta). O efeito colateral é quando for feita a conversão, esse valor aparecera como um valor adicional, e se a tensão de offset for tão grande, a conversão poderá ate mesmo esta errada. A correção que normalmente é feita e aplicando-se 0’s na entrada e observando a saída. Com isso, pode-se colocar um potenciômetro para o ajuste da tensão de saída ate que a mesmo se torne mais próxima de zero.
Referencias
[1]http://www.netsoft.inf.br/aulas/4_EAC_Eletronica_Basica/3__Amplificador_Operacional.pdf;
[2] TOCCI, R.J. & WIDMER,N.S. Sistemas digitais: princípios e aplicações. 11a ed, Prentice-Hall, 2011
ok (1);
ExcluirSensor de Imagem do APS (Active Pixel Sensor)
ResponderExcluirNos últimos anos, os sensores de imagem do tipo APS (Active Pixel Sensor) voltaram a receber atenção como uma alternativa tentadora em relação aos dispositivos CCD (Charge Coupled Devices), atualmente utilizados na maioria dos sistemas de aquisição de imagem, como câmeras de TV portáteis e máquinas fotográficas digitais. Dentre as vantagens oferecidas por esse tipo de sensor estão o seu baixo custo, já que faz uso da tecnologia CMOS tradicional, uma melhor imagem com índice reduzido de blomming (raias) e smear (manchas), um menor consumo de energia e a possibilidade de integrar no mesmo chip do sensor funções de controle, driving e processamento de sinais, a interpolação de cores e outras. Além disso, na estrutura do sensor APS, cada pixel é acessado individualmente possibilitando a implementação direta de funções como zoom, diferentes resoluções de aquisição, acesso aleatório, seguimento de trajetória e extração de contorno.
Os sensores APS também apresentam menor sensibilidade à radiação tornando-os indicados para uso aeroespacial e em ambientes fortemente radioativos como centrais nucleares. O chip foi projetado de forma que as características básicas de um sensor APS, tais como sensibilidade espectral, tempo de exposição, limite de saturação, ruído entre outras, pudessem ser propriamente medidas, e assim quantificada a qualidade dos sensores de imagem APS produzidos com o uso da tecnologia CMOS de 2µ, um nível de metal, que está sendo implementado no Centro de Componentes e Semicondutores da Universidade Estadual de Campinas. Foram projetadas diversas estruturas de células básicas em diferentes configurações com o intuito de otimizar o aproveitamento da área ocupada pelo fotodiodo em relação à ocupada pelo circuito do amplificador presente na célula, e com isto obter um maior fator de aproveitamento da célula para captura de luz (fill factor). São implementadas também várias células com fotodiodos de diferentes áreas, usando-se uma mesma configuração de circuito amplificador in pixel, através do estudo destas estruturas visa-se obter a relação ótima entre ruído e sensibilidade, ambos dependentes das dimensões, para as células implementadas nesta tecnologia. Por último é implementado um conjunto de células formando uma configuração de array, onde é acrescentado um transistor de carga em cada coluna, este transistor que é controlado pela tensão externa Vbias, fornece o sinal de tensão de saída a partir do sinal de corrente presente na célula. Com este array as características de um sensor de imagem formado por várias células podem ser avaliadas, como por exemplo o ruído provocado pelo descasamento entre os diversos transistores de cada uma das células (Fixed Pattern Noise – FPN).
Fonte: SILVA, I. F.; SWART, J. W.; "Conjunto de células básicas para um sensor de imagem do tipo APS (Active Pixel Sensor)", Centro de Componentes Semicondutores - Universidade Estadual de Campinas (CCS - Unicamp)
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