Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Termikus kérdések, termikus elvű alrendszerek.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Termikus kérdések, termikus elvű alrendszerek."— Előadás másolata:

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Termikus kérdések, termikus elvű alrendszerek

2 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 2 Hőmérséklet érzékelők Ellenállás hőmérő PN átmenet mint hőmérő PTAT hőmérséklet érzékelő MOS kompatibilis kőmérséklet érzékelő

3 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 3 Hőmérséklet érzékelők Ellenállás hőmérő Pt Ni, Cu, W

4 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 4 Hőmérséklet érzékelők Félvezető ellenállás hőmérő

5 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 5 Hőmérséklet érzékelők A pn átmenet mint hőmérő -1,5 … 2 mV/K A PTAT elv

6 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 6 Hőmérséklet érzékelők Áram kimenetű PTAT szenzor, BJT-vel T3 = n T4 n+1 EGYFORMA dióda ill. npn tranzisztor!

7 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 7 Hőmérséklet érzékelők Hőmérséklet különbség (gradiens) mérés A Seebeck effektust használjuk ki Az integrált termoelem

8 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 8 CMOS kompatibilis termikus szenzor esettanulmány Az igények: kis fogyasztás kis helyigény elfogadható pontosság lehetőleg digitális kimenet ne kelljen többlet technológiai lépés

9 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 9  VT =  1.6 mV/K,   =  0.54%/K. MOS jellemzők

10 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 10 Áram kimenetű hőmérséklet szenzor

11 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 11 Az érzékenység

12 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 12 V C tápfeszültség függése

13 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 13 Frekvencia kimenetű változat

14 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 14 Frekvencia a hőmérséklet függvényében

15 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 15 Experiment No Process ES2 ECPD10 AMS AMS AMS AMS Feature size,  m Number of samples m(  )   rel (  ) m(f), kHz  rel (f) V DD dependence o C/V no data on the same chip 2 V DD =5V, T=20 o C Stabilitás, statisztika

16 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 16 Vizsgálat széles hőmérséklet tartományban

17 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 17 Beépített termikus teszt a BS áramkörrel

18 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 18 Beépített termikus teszt a BS áramkörrel

19 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 19 Beépített termikus teszt a BS áramkörrel

20 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 20 Felhasználás egy termikus teszt chipben

21 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 21 A termikus elvű effektív érték mérő

22 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 22 A termikus elvű effektív érték mérő A Seebeck effektus S a Seebeck állandó [V/K] S értéke félvezetőkre kimagaslóan nagy! Például Si/Al kontaktusnál ~ 1 mV/K

23 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 23 A termikus elvű effektív érték mérő

24 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 24 A termikus elvű effektív érték mérő Példa. Számítsuk ki az effektív érték mérő érzékenységét az alábbi adatokkal: a = 100  m, b = 5  m, L = 120  m, = 150 W/mK, S = V/K, R = 2 k , N = 12 Például U be = 10 V  U ki = 0,96 V

25 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 25 A termikus elvű effektív érték mérő Határfrekvencia C v térfogategységre számolt hőkapacitás, [Ws/Km 3 ]

26 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 26 A termikus elvű effektív érték mérő Határfrekvencia Pólusok a negatív valós tengelyen. Az első: Példa. Számítsuk ki az imént tárgyalt effektív érték mérő határfrekvenciáját! Adatok: a = 100  m, b = 5  m, L = 120  m, c v = 1,6  10 6 Ws/Km 3 Az első töréspont

27 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 27 A termikus elvű effektív érték mérő Egy gyakorlati alkalmazás: RF teljesítmény mérő

28 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 28 Termikus aktuátorok Alapjelenség: a hőtágulás Si 2,6 - 4,1 ppm/ o C ( K) Ni 12,7 - 16,8 ppm/ o C CTE - coefficient of thermal expansion (e)

29 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 29 Termikus aktuátorok Példa. A rúd méretei: 5  20  500  m, anyaga Si E =1,3  N/m 2 e = 3 ppm/ o C  T = 100 o C Egyik vége szabadon, a megnyúlás Mindkét végén befogva, az erő

30 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 30 Termikus aktuátorok - a hőeloszlás számítása Hosszegységre eső disszipáció: A határfeltételekből Ha hőátadással is számolunk: h hőátadási együttható “HTC” W/m 2 K K kerület

31 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 31 Termikus aktuátorok „Megtört rudas” mechanikai transzformátor

32 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 32 „Megtört rudas” mechanikai transzformátor Példa  = 1 o  ds/dA=28,6

33 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 33 Hőtáguláson alapuló “kétrudas” meghajtó Hot arm width, WHOT (nm) 350 Hot arm length, LHOT (  m) 38 Cold arm width, WCOLD (  m) 1.5 Cold arm length, LCOLD (  m) 28.5 Flexure width, WFLEX (nm) 350 Flexure width, WFLEX (  m) 9.5

34 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 34 Termikus hatáson alapuló mikrorendszerek Hőtáguláson alapuló “kétrudas” meghajtó

35 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 35 A kihajlás (buckling) A leíró differenciálegyenlet A megoldás Illesztés a határfeltételekhez

36 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 36 A kihajlás (buckling) Példa. A rúd méretei: 5  20  500  m, anyaga Si E =1,3  N/m 2 e = 3 ppm/ o C  T = 100 o C F 0 =3,9  N Vagyis a két végén befogott rúd csak kb. 27 o C fűtést bírna ki!

37 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 37 Termikus aktuátorok „Bimetall” aktuátor

38 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 38 Termikus aktuátorok: a tintasugaras nyomtató Teljesítmény ~ W, néhány  s időre Frekvencia ~ 1 kHz

39 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 39 Hősugárzás érzékelő 1. Az érzékenység számítása Si - = 100 W/mK Ha  U D = 1  V mérhető    T = 0,001 o C észlelhető 23 nW  3,7 mW/cm 2 Valóban ez a felső határ?

40 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 40 Hősugárzás érzékelő A korlát: a zaj NEP = Noise Equivalent Power Például I=16  A,  f=10 Hz esetén NEP < 1 nW ideális esetben (I zajtalan, erősítő zajtalan)

41 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 41 Hősugárzás érzékelő 2. Az időállandó számítása Közelítés: koncentrált paraméteres modell

42 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 42 Hősugárzás érzékelő 1D array készíthető - infra kamera! Négyzetes pixelek termoelem érzékelővel

43 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 43 Termikus elvű gázáramlás mérő 1 cm/s - 5 m/s

44 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 44 Pirani elvű vákuummérő Ha a gázatomok szabad úthossza nagyobb, mint az izzított felület és az edény falának hideg felülete közötti távolság, a gázatomok által elhordott energia arányos a gáznyomással 100 Pa alatt jó Szabályozás állandó hőfokra, a szükséges teljesítmény mérése

45 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK villamosmérnöki szak MIKROMECHANIKA Mizsei - Székely - Zólomy: Integrált mikrorendszerek 45 Termikusan vezérelt optikai iránycsatoló Az optikai hullámvezetők törésmutatója hőmérsékletfüggő Lassú kapcsoló


Letölteni ppt "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Termikus kérdések, termikus elvű alrendszerek."

Hasonló előadás


Google Hirdetések