Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 14
W 1990 roku największymi producentami półprzewodników byli: NEC, Toshiba, Hitachi, Intel, Motorola, Fujitsu, Mitsubishi, TI, Philips, Matsushita.
Obecnie są Samsung, Intel, Hynix, TSMC, Micron, Broadcom, Qualcomm, Toshiba, TI, Nvidia.
Degradacja pozycji przemysłu Japonii jest więc ogromna. Jej nadal bardzo nowoczesny przemysł jest cieniem swojej dawnej wielkości. Europa praktycznie przestała się liczyć w mikroelektronice.
Największym producentem półprzewodników w 1975 roku był TI czyli Texas Instruments a za nim Motorola i Philips. TI w 1985 spadł na drugie miejsce ale jeszcze w 2006 był na trzecim miejscu.
Sukces Korei i Tajwanu odbył się kosztem firm japońskich i europejskich. W obronie swojej pozycji firmy z USA i Europy dokonały fali „kosztownych” ( w części to tylko wymiana akcji) fuzji. Przykładowo TI przejął National Semiconductor za 6.5 mld dolarów, Burr Brown za 7.6 mld i Unitrode włączając ich dobre i bardzo dobre produkty do swojej oferty. Ale TI przejął też kilkanaście mniejszych firm.
TI pierwszy w świecie wyprodukował krzemowy tranzystor i tranzystorowe radio. W jego laboratoriach zrobiono pierwszy układ scalony, wypromował swoją linie układów logicznych TTL która wszędzie naśladowana zdominowała świat, faktycznie pierwszy wyprodukował mikroprocesor, mikrokontroler, kalkulator oraz pierwszy syntezator głosu oraz wiele innych. TI oprócz półprzewodników miał też fabryki elektroniki konsumpcyjnej, przemysłowej i obronnej. TI był podstawowym dostawcą półprzewodników i całych systemów do programów militarnych i kosmicznych USA. Biznes obronny TI sprzedał w 1997 roku koncernowi Raytheon. Prominentny TI miał i ma dość dużą ofertę produktów.
Wszyscy wielcy światowi producenci półprzewodników oferują do gotowych wyrobów mniej lub bardziej kompletne zestawy swoich układów scalonych oraz przykładowe projekty wraz z plikami do systemów CAD a także moduły z płytką drukowaną do oceny.
O podjęciu kosztownych prac projektowych i produkcji układu scalonego decyduje oczekiwana wielkość rynku. Czasem rynek gotowych wyrobów trzeba dopiero stworzyć oferując po dobrej cenie zestaw układów scalonych do urządzenia ! Na stronie ti.com w dziale Application wymieniono mnóstwo zastosowań – wyrobów ze wszystkich nieomal dziedzin ludzkiej działalności. Z ambitnych produktów do medycyny są skanery MRI, CT i PET ale także zwykłe aparaty rentgenowskie X w tym mobilne. Po kliknięciu na blok funkcyjny proponowane są układy scalone. Po pierwsze w przypadku tych urządzeń nie ma istotnej części bloków funkcyjnych a prawdę powiedziawszy większej ich części. Po kliknięciu na część bloków nic nie jest oferowane ale sugeruje to że będzie niedługo oferowane
TI do współpracy z linią fotodiod w CT i PET za scyntylatorem z kolimatorem oferuje bardzo interesujący układ. Układ ma 256 wejściowych niskoszumnych integratorów do fotodiod z zerowaniem napięcia kondensatorów i przełączaniem pojemności kondensatorów integratorów do wyboru wzmocnienia. Sygnały z integratorów multiplexerami podano do czterech 16 bitowych przetworników A/D typu SAR z szeregowym interfejsem SPI. Analog Devices oferuje podobny układ ADAS1131 ale z przetwornikami 24 bitowymi i w dodatku we względnie łatwej technologicznie obudowie CSP_BGA 15 x 15 mm.
Zastosowanie w skanerze 3-4 takich układów niesamowicie uprości nam konstrukcje Analog Front End skanerów. Hurtowa cena układu 105 dolarów za chip wydaje się wysoka ale zastępuje on mnóstwo drogich elementów.
Robot sprzątający czyli „odkurzacz” może być bardzo skomplikowany, szczególnie ten większy sprzątający biura. Gdy wymagamy od niego aby nie omijał żadnych miejsc gdzie bez problemów można się dostać i nie uderzał za często przedmiotów musi mieć wśród sensorów ( Zbliżeniowy, Magnetyczny / Halla, Odległości, Ścian, Miejsca, Otwarcia, Wilgotności, Kurzu, Przepływu / Ciśnienia , Żyroskop, Akcelerometr ) dodatkowo radar pracujący na zakresie milimetrowym i kamerę 3D wraz wydajnym systemem maszynowej wizji ! Przy tym rozpoznawanie głosu i liczne możliwości komunikacyjne to już mały szczegół. Oczywiście przy większym sprzątaniu robot musi podjechać do ładowarki i po nabraniu „siły” dalej pracować. Robot się uczy i ma w pamięci mapę sprzątanego obszaru ale ja aktualizuje i gdy coś przestawimy ominie przeszkodę. Najbardziej wydajny procesor sugerowany dla takiego robota - odkurzacza ma większą szybkość niż wszystkie komputery samolotu F22 do kupy wzięte ! Ma sześć silników napędów, w większości BLDC i mniejszości silniki krokowe.
Największym światowym producentem telefonów komórkowych była fińska Nokia. Jej telefony i smartfony regularnie okupowały szczyty rankingów najlepszych telefonów. Nokia w swoim najnowszym wtedy, wyrafinowanym smartfonie N93 z 2005 roku zastosowała procesor Omap2420 (Open Mobile Application Processor). Procesor ten składa się ze zintegrowanych procesorów ARM1136 ( firmy ARM z linii 11) oraz procesora sygnałowego DSP koncernu Texas Instruments, TMS32C55x. TI tą linie wzbogaca i kontynuuje. Nokia mając dominującą pozycje pod zaimportowanym amerykańskim prezesem doznała potwornej degradacji. Tak samo produkujący dla niej TI mocno spadł przy ostro idącej do przodu konkurencji. Potężny kiedyś koncern Sony pod amerykańskim prezesem także się stoczył. To jest suma osiągnięć neoliberalizmu, wartości dla akcjonariuszy i poprawności politycznej.
Liderzy mikroelektroniki starają się opracowania kierować w stronę przyszłości. Oczywiście modne są rozwiązania do samochodów elektrycznych czy „ładowarek” prądu stałego o dużej mocy do szybkiego ładowania i sprawności 98% nie obciążające przy tym sieci energetycznej harmonicznymi. „Ładowarki” są też dwustronnego działania. W czasie gdy energia w sieci jest tania ładujemy akumulator samochodu a gdy deficytowa energia jest droga możemy ( wymagana jest decyzja człowieka) ją drogo a nawet bardzo drogo oddać do sieci i pojechać do pracy rowerem lub pójść na piechotę ! Do wdrożenia rozwiązań przyszłości potrzebna jest jednak rozsądna regulacja państwowa czyli odpowiednia infrastruktura prawna do rozliczeń.
Normą jest stosowanie w proponowanych projektach tranzystorów mocy SiC i GaN mimo iż są produkowane w małej ilości i co najgorsze nie są jeszcze niezawodne. Na rysunku pokazano jądro dwukierunkowej „ładowarki” do samochodu.
Wiele z tych proponowanych opracowań ma istotną wadę – są zupełnie niekonkurencyjne cenowo !
TI był jednym z liderów technologii DSP ale obecnie wydajność oferowanych procesorów nie ARM w stosunku do ceny jest po prostu mierna na tle konkurencji produkującej głównie na dobrych licencjach ARM.
Zestawy uruchomieniowe i ewaluacyjne są jednocześnie i drogie ( przy taniej polskiej sile roboczej ) i tanie przy pracy drogich zachodnich profesjonalistów. Aby przyspieszyć własny projekt i oszczędzić na kosztach warto się jednak z nimi zapoznać. Oczywiście producenci stosując zasady reklamy eksponują zalety swoich rozwiązań pomijając milczeniem wady. Generalnie między proponowanymi rozwiązaniami a gotowym wyrobem jest przepaść do zasypania.
Mod operacyjny koncernów jest zupełnie inny niż w czasach Zimnej Wojny i po niej. Kasa ! Najnowsze procesory produkuje się od razu w wielomilionowych seriach a elektronika stosowana w wyrobach militarnych zaczyna coraz bardziej śmieszyć. TI dział militarny „obrony” sprzedał w 1997 roku. Z wymienionych czołowych koncernów nikt nie zajmuje się preferencyjnie ”obroną”.
Medycyna jest nauką o zdrowiu i chorobach człowieka oraz metodach leczenie i zapobiegania chorobom. Nakłady na ochronę zdrowia rosną w całym świecie a w USA dochodzą do18% nadmuchanego PKB czyli są monstrualne.
Medycyna jest coraz bardziej stechnicyzowana. Coraz bardziej zautomatyzowane są laboratoria badawcze. Pieniądze zarabiają lekarz oraz właściciele i operatorzy przychodni i szpitali, producenci leków i materiałów no i producenci sprzętu medycznego, głównie elektronicznego. Stosowany przez TJ podział sprzętu na grupy jest typowy i skoro już jesteśmy przy TI zacytujmy go:
Medical equipment
Anesthesia delivery system
Chemistry/gas analyzer
Dialysis machine
Electronic hospital bed & bed control
Infusion pump
Medical accessories
Medical chair & table
Motorized electronic wheel chair
Surgical equipment
Ventilator
Patient monitoring & diagnostics
Clinical digital thermometer
Digital stethoscope
Electrocardiogram (ECG)
Endoscope
Eye, ear, nose & throat exam
Medical sensor patches
Mother & neonatal care monitor
Multiparameter patient monitor
Pulse oximeter
Sleep diagnostic
Home healthcare
Blood glucose monitor
Blood pressure monitor
CPAP machine
Electronic thermometer
Hearing aid
Nebulizer
Oxygen concentrator
Telehealth systems
Imaging
CT & PET scanner
MRI
Ultrasound scanner
Ultrasound smart probe
X-ray systems
Personal care & fitness
Beauty & grooming
Electric toothbrush
Fitness machines
Wearable fitness & activity monitor
Z tego wszystkiego najważniejsza jest Diagnostyka i Obrazowanie ale obszarów do zarabiania pieniędzy jest dużo. Część bezużytecznych urządzeń to w poetyce Monty Pythona „maszyna która robi pink”
W regulacji automatycznej zastosowany system regulacji i jego parametry mają dać jak najlepsze „kryterium regulacji”. Do racjonalnego działania zawsze potrzebne są kryteria jakości lub celu.
W przypadku systemu ochrony zdrowia sprawa jest nadzwyczaj skomplikowana jako że dla każdej osoby najważniejsze jest jej życie i zdrowie co stoi w konflikcie z mniej lub bardziej publicznym finansowaniem ogólnego „zdrowia” populacji.
Niespornym jest że średnią długość życia podwyższyły:
-Dobra woda z sieci wodociągów, kanalizacja i higiena
-Eliminacja niedożywienia będąca efektem zielonej rewolucji
-Antybiotyki leczące dawniej niebezpieczne choroby
-Szybka pomoc powypadkowa a w tym chirurgiczna
-Ochrona okołoporodowa
-Profilaktyka zwłaszcza w okresie szkolnym
Średnią długość życia obniżają:
-Złe odżywianie a nade wszystko spożywanie posiłków za obfitych o złej porze.
-Eksploatująca praca lub odwrotnie za mało ruchu
-Nadmierny stres
-Nadużywanie alkoholu, palenie papierosów, narkotyki.
-Zatrucie środowiska
W części krajów średnia długość życia już nie rośnie.
Brytyjczyk Arthur Pigou pierwszy rozpatrywał problem efektów zewnętrznych i zaproponował sposób na redukcję ich negatywnych skutków przez zastosowanie korekcyjnego podatku. Opodatkowanie negatywnych efektów zewnętrznych zmniejsza zniekształcenia gospodarcze i jest teoretycznie i praktycznie korzystne dla gospodarki i społeczeństwa ! Oczywiście tylko w państwach nieskorumpowanych. Powszechnie w świecie podatkiem Pigou obłożone są niszczące zdrowie papierosy i alkohol. "Podatkiem" za produkcje narkotyków, ich przemyt i sprzedaż jest wieloletnie więzienie, dożywocie lub śmierć. W europejskim modelu podatkowym wysokie podatki od paliw silnikowych stanowią podstawę budżetu. Doszedł podatek od emisji dwutlenku węgla CO2.
Coraz więcej zwolenników mają podatki Pigou od zabójczych dla zdrowia przekąsek zwłaszcza z trans - tłuszczami i mocno słodzonych napojów, których spożywanie daje masową otyłość i epidemie cukrzycy.
Papierosy są wynalazkiem stosunkowo nowym jako że maszynę do ich zwijania w USA wynaleziono pod koniec lat osiemdziesiątych XIX wieku. Jeszcze nowsze są przekąski. W USA cena paczki papierosów wynosząca w latach siedemdziesiątych circa 30 centów, opodatkowana wzrosła obecnie do circa 10 dolarów ale według szacunków szkody zdrowotne od wypalenia paczki papierosów wynoszą 20-50 dolarów a nawet więcej.
Stosunkowo długo lekceważono zdrowotne skutki spalania węgla w ogromnych ilościach. W miarę badania tematu pojawiają się coraz bardziej pesymistyczne informacje i szacunki. Piętnaście lat temu szacowano że zdrowotny koszt jest podobny jak wartość wyprodukowanej energii elektrycznej ale okazuje się że jest znacznie większy. Oprócz zabójczych pyłów są tlenki siarki i azotu, są metale ciężkie a zwłaszcza koszmarna rtęć no i aktynowce ! Szacowano że drobne pyły generowane przez spalanie węgla powodują w USA około 100 do 150 tysięcy przedwczesnych zgonów rocznie. Teraz naukowcy uważają że 350 tysięcy ! Ponad 93 tysiące Polaków rocznie umiera z powodu zanieczyszczeń wywołanych spalaniem paliw kopalnych. Statystyka dotycząca Polski jest najgorsza w Europie.
Wedle badań największą stopę zwrotu z inwestycji daje opieka zdrowotna i żywienie / dożywianie dzieci w szkole ! Likwidacja stanowiska pielęgniarki a w dużych szkołach lekarza i dentysty w III RP była wprost zbrodnicza.
Obecnie automatyczne zważenie, zmierzenie wzrostu i jednoczesne zrobienie wielu zdjęć nagiego dziecka - ucznia jest trywialne. Gdy zdjęcia jamy ustnej wskazują na konieczność wykonania protezy dodatkowo skanujemy jamę ustną i maszynami CNC automatycznie produkujemy protezę dla dziecka. Leczenie zębów w szkole powinno być obowiązkowe. Stan zębów ma duży wpływ na zdrowie i wydajność pracy późniejszego pracownika. Osoby z ładnymi zębami mają większe szanse w życiu. Stan uzębienia Polaków na tle stanu Europy Zachodniej jest zły.
Dzieci o za małej wadze i wzroście automatycznie są kierowane na żywienie / dożywianie w szkole. Zdjęcie czy skan stopy / stóp pozwolą wydać dziecku wkładki korekcyjne do butów lub specjalne obuwie.
Na adres Email, SMS, poczty rodziców automatycznie wysyłany jest prosty raport o dziecku. Gdy dziecko jest otyłe trzeba alarmować rodziców.
Oprócz automatycznego rozpoznawanie obrazów do zastosowania są dodatkowo różne sensory.
Problemy z optymalną alokacją środków na ochronę zdrowia występują na całym świecie. O ile inwestowanie w dzieci jest bezapelacyjnie znakomite to transplantacja serca otyłego palacza jest z punktu widzenia kryterium maksymalizacji średniej długości życia populacji, absurdalnie niegospodarna. Zabieg jest makabrycznie drogi a pacjent w zasadzie nigdy nie wraca do pracy wymagając drogich leków i opieki. Angażując te środki w profilaktykę i leczenie dzieci uzyskamy o wiele większe sumaryczne przedłużenie życia.
Oczywiście im większa jest korupcja w ochronie zdrowia tym jest on mniej efektywny.
W 2018 roku Google zawarł umowę z jednym z największych prywatnych operatorów systemu opieki zdrowotnej w USA firmą Ascension na automatyczną analizę swoimi metodami "sztucznej inteligencji" danych o pacjentach celem wypracowania efektywnych zmian w opiece nad pacjentem i wyłowienia sytuacji patologicznych do dalszego postępowania. Niestety zakończyło się gigantycznym wyciekiem danych o pacjentach a sprawą zajął się federalny Departament Zdrowia, który nic nie zrobił.
Obszarów do automatyzacji w medycynie i w przyległościach jest mnóstwo.
Można zaplanować rozwiezienie rannych w katastrofie lub wypadku do wielu szpitali i zorganizować uprzywilejowany przejazd karetek operując sygnalizacją świetlna i tablicami z wyświetlanymi informacjami dla kierowców. Cenna jest przecież każda minuta. Jeszcze nie tak dawno ranny na polu walki umierał. Śmiertelność była straszna. Nawet przy średnich ranach „ratunkiem” były późne amputacje kończyn.
W Chinach podczas epidemii Covid-19 automatycznie śledzono kontakty zakażonych analizując współrzędne położenia ich smartfonów oraz ich połączenia i ich kontakty. W zależności od ocenianego prawdopodobieństwa zakażenia przez już zdiagnozowanego roznosiciela osobie która miał z nim kontakt wydawano polecenie kwarantanny lub rozkaz stawienia się na test. Wydaje się że zmarłych było więcej niż oficjalnie podano ale jednak biorąc pod uwagę apokaliptyczną wręcz skalę zagrożenia epidemie sprawnie opanowano w gruncie rzeczy inwigilując zakażonych.
Automatyczna dystrybucja szczepionki w dużym kraju musi brać pod uwagę miejsca natężonego wykrywania infekcji ale też i liczbę przeprowadzonych testów oraz liczbę chorych oraz gęstość zaludnienia i natężenie kontaktów międzyludzkich różne w różnych grupach zawodowych aby działając z predykcją jak najszybciej wygasić epidemie. Korzyść do odniesienia jest ogromna !
Sprawdzenie.
Wymień znane ci sensory elektrometryczne i ich zastosowania.
Cwiczenie
1.Skomplikowane, wielofunkcyjne układy ADS124S08 z interfejsem SPI mają 24 bitowy przetwornik A/D Sigma Delta a przed nim wzmacniacz programowalny PGA a przed nim 12 wejściowy multiplexer ( bardziej pole komutacyjne ) i dodatkowo dwa źródła prądowe umożliwiające również bezpośrednią trójprzewodową współpracę z jednym sensorem RTD PT100. Dokumentacja układu liczy aż 113 strony. Podobne układy oferuje też Analog Devices. Owe 24 bity są czystą fikcją. Producent w tabeli podaje efektywną rozdzielczość dla błędu RMS w funkcji częstotliwości „próbkowania” i wzmocnienia wzmacniacza PGA. Dla szybkości 2.5 próbki / sec i wzmocnienia PGA=1 wynosi ona 23.9 bita ale wielkość ta RMS jest niegodna z intuicją /oczekiwaniem bowiem oczekujemy takiej stabilnej rozdzielczości czyli trzeba brać pod uwagę szumy prawie Peak to Peak (około 6 razy większe od RMS ) a dla nich ta rozdzielczość wynosi 21.4 bita. Przy szybkości 4000 tysiące próbek na sekundę i wzmocnieniu PGA=128 jest to odpowiednio 15.6 / 12.9 bita.
Płytkę testową z tym układem poprzez interfejs z USB podłączono do komputera PC.
Zamiast sensora PT100 dołączonego trójprzewodowo dano dokładne przełączane rezystory.
Po likwidacji offsetu i kalibracji ( pytanie jest dalej ) pełnej skali z ratiometrycznością dokładność ma wynosić +-0.05 Ohma czyli circa +-0.13 C.
Dołączenie jednego sensora PT100 zaabsorbowało jednak aż 6 pinów AIN1,2,3,5,6,7.
2.Producenci przyrządów pomiarowych i innych mogą dysponować do kalibracji dobrej klasy przyrządem jako wzorcem odniesienia. Napięcia odniesienia do kalibracji może dawać stabilne ogniwo lub bardzo stabilny regulator. Dostępne są regulatory dające napięcie 4.096V lub 2.048 V ( to odpowiednio odwołanie do 12 i 11 bitów ) lub inne z początkową tolerancją 0.02% z temperaturowym współczynnikiem napięcie 2 ppm/C w cenie przemysłowej 3 USD a ze współczynnikiem 0.8 ppm/c w cenie 9 USD. Ogniwo Westona ( oryginalne nasycone 1.018638 V w temperaturze 20 C ) było standardem napięcia w latach 1911-1990. Zostało zastąpione przez standard Josephsona. Istnieją jednostki masy. Dość stabilna jest temperatura mieszanki wody z lodem. Rzekomo dokładne przyrządy z reguły dają różne wyniki będące w ostrej sprzeczności z deklarowaną dokładnością co sprawia spore zakłopotanie.
Międzynarodowy Układ Jednostek Miar SI to znormalizowany układ jednostek miar zatwierdzony w 1960 i wielokrotnie później modyfikowany. Podstawowe jednostki dla fizycznych wielkości to:
sekunda – czas, zdefiniowana jest za pomocą częstotliwości cezowej
metr – długość, prędkość światła w próżni c wynosi 299 792 458 m/s...
kilogram – masa
amper – natężenie prąd elektryczny.
kelwin – temperatura
kandela – światłość
mol – liczność materii.
Słabością systemu SI było to że kilogram był jednostką masy zdefiniowaną przez określony przedmiot a nie przez stałą fizyczną. Był to walec wykonany ze stopu platyny z irydem, przechowywany w sejfie niedaleko Paryża. Co gorsza mol, amper oraz kandela w definicji również odwoływały się do wzorca masy. System poprawiono dopiero w 2018 roku i wszedł on w życie rok później
Jak minimalizuje się w czasie procesu kalibracji błędy spowodowane szumem pomiarów ?
W przypadku gdy użyte sensory mają duży rozrzut czułości i offsetu przy kalibracji programowej ( dane kalibracyjne w nieulotnej EEprom lub innej ) zakres przetwornika A/D musi być szeroki na tyle aby pokrywać prawie wszystkie przypadki. Przy kalibracji potencjometrami montażowymi PR użyty jest zaś cały zakres przetwornika A/D. Jaka jest utrata dokładności przetwarzania A/D w stosunku do kalibracji PR gdy chcemy aby programowa kalibracja objęła co najmniej 99% sensorów gdy ich czułość określona jest jako 1+-S, gdzie 1 to czułość średnia w populacji a S to wariacja o rozkładzie normalnym a offset w rozkładzie normalnym ma wariacje +-B odniesioną do zakresu równego 1.
3.Różnicowe pary tranzystorów bipolarnych, Mosfet i JFet stanowią cegły do budowy muru czyli układu analogowego samodzielnego lub będącego fragmentem układu mix signal.
Dryft termiczny wejściowego napięcia niezrównoważenia bipolarnej pary różnicowej wynika z różnic w efektywnej powierzchni tranzystorów i różnic w oporności rezystorów kolektorowych lub asymetrii lustra prądowego przekształcającego sygnał symetryczny na asymetryczny. Wynosi on 3.3 uV/C na jeden mV wejściowego napięcia niezrównoważenia pary różnicowej. Z tego powodu w precyzyjnych wzmacniaczach powierzchnia tranzystorów pary jest dokładnie taka sama. Identyczne są rezystory kolektorowe lub lustro prądowe do zamiany sygnału symetrycznego na asymetryczny. Tranzystory są przeplecione a strumień ciepła wydzielanego w stopniu wyjściowym ma na tranzystory wejściowe oddziaływać jak najbardziej symetrycznie. Zmienność konwekcji powoduje zmianę w szybkości odprowadzania ciepłą z układu przez obudowę i fluktuacje temperatur. Z tego względu pobór mocy układu winien być jak najmniejszy.
W układzie testowym para różnicowa z układu CA3046 ( krajowy układ UL1111 ) pracuje z „dużymi” precyzyjnymi rezystorami kolektorowymi dla dużego wzmocnienia. Napięcie niezrównoważenia jest zerowane potencjometrem odrobinkę zmieniającym wartości rezystorów kolektorowych. Za tą parą różnicową jest wzmacniacz operacyjny pracujący w konfiguracji symetrycznego integratora. W zasadzie nie wnosi on błędów. Dzielnik rezystorowy w sprzężeniu zwrotnym daje całości wzmocnienie 25000 razy. Równoległy do rezystora kondensator zawęża pasmo do 10 Hz. Producent podaje że typowe napięcie niezrównoważania pary różnicowej w CA3046 wynosi 0.45mV a jego dryft 1.1 uV/C czyli trochę mniejszy niż teoretycznie winien być. Po zrównoważeniu wejściowego napięcia potencjometrem pary jest on znacznie mniejszy i trudny do pomiaru.
Gdy spowodujemy ruch powietrza nie pojawiają się żadne zmiany ponieważ moc wydzielana przy prądzie pary poniżej 50uA i małym napięciu Uce jest bardzo mała. Oczywiście istnieje typowy szum 1/F.
Przez krótki okres produkowano dawniej układy scalone gdzie temperatura tranzystorów pary różnicowej była stabilizowana drogą wydzielania mocy w tranzystorze nagrzewającym chip.
Jeden z tranzystorów w układzie CA3046 użyty jest jako sensor temperatury a drugi jako grzejnik.
Po aktywacji tego układu tak że temperatura chipa jest stabilizowana na poziomie 32C pojawiło się większe napięcie niezrównoważenia ( dlaczego ? ) a nade wszystko duży dryft przy ruchach powietrza. Osiągnięty efekt jest więc mocno negatywny. Gdy układ CA3046 jest od spodu podgrzewany wykonawczym tranzystorem stabilizacji temperatury w obudowie TO126 efekt jest lepszy niż przy użyciu wewnętrznego „grzejnika” ale efekt nadal jest negatywny. Podgrzewanie dla stabilizacji temperatury daje też prawdopodobnie nie kasujące się napięcia termoelektryczne. Dlaczego stabilizacja temperatury pary różnicowej daje efekt negatywny zamiast oczekiwanego pozytywnego ?
4.Scalone tranzystory MOS mimo iż mają bardzo mały prąd polaryzacji mają wysoką częstotliwości odcięcia napięciowych szumów 1/F i w zakresie małych częstotliwości ich szumy są bardzo wysokie. Wejściowe napięcie szumów na impedancji źródła sygnału w konfiguracji odwracającej wzmacniacza zamienia się w prąd szumów. Znacznie mniejsze szumy napięciowe mają tranzystory JFet. Prąd polaryzacji bramki tranzystora JFet o małej powierzchni z tylną bramką w odpowiednim punkcie pracy ( w miarę mały prąd drenu i niewielkie napięcie Uds dla uniknięcia zjawiska jonizacji zderzeniowej ) może być zdumiewająco mały. Wadą wzmacniaczy z wejściową parą JFet jest duże napięcie niezrównoważania i duży jego dryft – oba są dużo większe niż we wzmacniaczu bipolarnym wykonanym technologią o tej samej rozdzielczości.
Współczynnik cieplny napięcia bramki Ugs tranzystora JFet wynosi Aut=-2.2 +0.001 ( Up – Ugs) i zmienia wartość i znak ! Dla napięcia Ugs=Up-0.63 V współczynnik ten jest zerowy. Jeśli prąd drenu jest większy niż w tym punkcie napięcie Ugs ma współczynnik ujemny a mniejszy dodatni. Pokazano to na wykresie dla popularnego tranzystora BF245A. Dla tego typu napięcie bramki z zerowym dryftem temperaturowym wynosi ca -1.2 V.
W dokumentacji podano zmierzone napięcia Up przy prądzie drenu 1uA oraz rezystancje Rdson przy temperaturze Tamb=22C dla obu tranzystorów JFET ze scalonej pary. Używając ogólnie znanych równań dla tranzystorów JFet sporządź program który wyliczy prądy źródłowe tranzystorów przy prądzie sumarycznym 30uA dla zerowego termicznego dryftu napięcia niezrównoważenia. Jakie będzie przy tym wejściowe napięcie niezrównoważania ?
Tylko gdy prowadzący potwierdzi dane po ustawieniu potencjometrów należy włączyć zasilanie rezystora nagrzewającego scalony tranzystor JFet dla stwierdzenia że faktycznie dryft temperaturowy napięcia jest bardzo mały.
Wystarczającą ochronę bramki stanowi szeregowy rezystor jako że złącze PN G-S zachowuje się
jak dioda Zenera bardzo małej mocy.
"Skomplikowane, wielofunkcyjne układy ADS124S08 z interfejsem SPI mają 24 bitowy przetwornik A/D Sigma Delta a przed nim wzmacniacz programowalny PGA a przed nim 12 wejściowy multiplexer "
OdpowiedzUsuńWejścia są okropnie delikatne a po uszkodzeniu droga płyta nie nadaje się do naprawy.