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IE012 Sensores Microeletrônicos Prof. Fabiano Fruett

Lista de Exercícios
01 de Março de 2006 1.) Quais as vantagens e desvantagens de se construir sensores em silício? Comente sobre aspectos tecnológicos e comerciais. 2.) Quais são os seis domínios (para sinais) utilizados em sensores. Faça uma pesquisa bibliográfica a artigos recentes (2004 até hoje) publicados em periódicos e revistas (porex: IEEE Sensors e Sensors & Actuators A). Identifique para cada um destes seis domínios pelo menos dois sensores e/ou microsistemas. Para cada artigo, identifique os efeitos físicoquímicos envolvidos. 3.) a) O que é um sensor ativo ou modulante? Exemplifique. Sensores ativos requerem uma fonte externa de excitação. Ex: RTDs, Strain-Gages b) O que é um sensor passivo ou de auto-geração?Exemplifique. Com exceção da energia inerente do sinal, não necessitam de fonte externa. Ex Termopares, Fotodiodes (modo fotovoltaico), Cristais piezoelétricos 4.) Na fabricação de um termistor (resistência variável com a temperatura) a semicondutor extrínseco, qual o parâmetro de controle para maximizar sua sensibilidade térmica. Indique quatro possibilidades de implementação destes termistores utilizandouma tecnologia CMOS comercial. Qual destas possibilidades apresentará a maior e a menor sensibilidade com a temperatura? 5.) Baseando-se na folha de dados do sensor de pressão série MPX12 da Motorola: a) Escreva sua função de transferência. b) Calcule a inexatidão máxima na saída para uma pressão aplicada de 5 kPa. c) Qual o máximo offset esperado quando o sensor trabalhar a 100 °C. 6.)Baseando-se na folha de dados do acelerômetro comercial ADXL150 da Analog Devices encontre os seguintes valores: J. Wilson, Sensor Technology, Elsevier a) b) c) d) e) f) g) h) i) Função de transferência Sensibilidade Range dinâmico Histerese Coeficiente de temperatura Linearidade Ruído Resolução Largura de banda

7.) Considere um wafer de Si com orientação (110). Calcule o módulo de Young na direçãodeslocada 30° da orientação cristalográfica [110].

http://www.dsif.fee.unicamp.br/~fabiano/IE012/IE012_Unicamp.htm

1

IE012 Sensores Microeletrônicos Prof. Fabiano Fruett 8.) Faça um programa que calcule a matriz compliance para qualquer direção cristalográfica. Mostre os resultados para as orientações [100], [110] e [111]. 9.) Ache a expressão da sensibilidade do ganho de tensão para pequenossinais em função dA da temperatura V para os dois circuitos abaixo. dT OBS: suponha que as fontes de corrente são ideais e que os transistores estão polarizados convenientemente, permitindo que a análise para pequenos sinais seja aplicada diretamente.
+V +V

I

I

v0
vi vi

v0

Fig 1 10.) Quais são os principais sinais elétricos utilizados em sensores de temperatura? Como estes sinaispodem ser combinados para gerar um sensor com saída em uma escala de temperatura arbitrária? 11.) Explique como a sensibilidade térmica de uma tensão PTAT é definida. Desenhe o circuito de um gerador de corrente ou tensão PTAT e faça o cálculo de sua sensibilidade térmica. 12.) O esquemático de um sensor de temperatura, implementado em tecnologia bipolar, é mostrado abaixo. A razão de área deemissor é indicada ao lado de cada transistor. (a) Ache a expressão literal que relaciona a freqüência do sinal de saída Vout com a temperatura. (b) Qual a sensibilidade da variação da freqüência de Vout com a temperatura? OBS: Despreze efeito de corpo e corrente de base.

http://www.dsif.fee.unicamp.br/~fabiano/IE012/IE012_Unicamp.htm

2

IE012 Sensores Microeletrônicos Prof. Fabiano Fruett+V

P

P

P

P

Q3
N 2N

Q4

VOUT

Q1
N 10N

Q2
2N
R

2N

C

VREF

Fig. 2 13.) Explique três formas de calibração (trimming) para sensores de temperatura integrados. 14.) Por que o TCR de um resistor de silício é positivo e o coeficiente de temperatura da tensão base-emissor VBE de um transistor bipolar é negativo? 15.) Como podemos medir aceleração usando sensores...
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