Transdutores Termoresistivos

Transcrição

1 Transdutores Termoresistivos Junção PN Princípio de Funcionamento A temperatura fornece energia para que elétrons da banda de valência passem para a banda de condução. Isto aumenta o número de portadores na região de deplexão diminuindo a resistência da junção.

2 Transdutores Termoresistivos Junção PN Basicamente são diodos ou transistores, sob polarização direta, em geral, associados aos seus condicionadores de sinal, isto em função da necessidade de ajuste individual do sistema para cada sensor.

3 Transdutores Termoresistivos Junção PN - Acondicionamento (Padrão)

4 Transdutores Termoresistivos Junção PN - Acondicionamento

5 Transdutores Termoresistivos Junção PN - Função de Transferência I 0 = corrente de polarização reversa (varia com 3a temperatura) Eg qv k I = constante BT de 2eBoltzmann ηkt e ηkt q = carga do elétron Eg = corrente Energia de polarização do Gap reversa (varia com a temperatura) η = fator de idealidade (típico 1,2 a = constante de Boltzmann 2,2) = carga do elétron B = constante (típico 1 a 10) I 0 I qv ηkt = I 0 e 1 k q Eg = Energia do Gap (típico 1,2eV) η = fator de idealidade (típico 1,2 a 2,2) B = constante (típico 1 a 10) V I1 + V _ I ηkt B ln I D1 Eg ηkt B = = ln ,5 ln T q q q q I V Eg Este termo varia entre 8,29 e 8,96 para temperaturas entre - 20 C e 120 C ( )

6 Transdutores Termoresistivos Junção PN - Função de Transferência I I1 + V _ D1 V Eg ηkt B = ln 5540 q q I O valor de I 0 (B e η) depende muito da fabricação da junção Dois diodos no mesmo substrato podem apresentar características semelhantes

7 Transdutores Termoresistivos Junção PN - Função de Transferência I1 + V 1 _ + V _ D1 T + V 2 _ D2 I2 Se D1 e D2 forem casados I 0D1 I 0D2 V ηk I = V 1 V2 T ln q I 2 1 Reduz a influência do valor de I 0 Aplicado quando se implementa o sensor com componentes discretos e deseja-se diminuir a variação de sensibilidade e desvio de zero com a troca dos diodos ou transistores

8 Fornecem uma alteração de resistência em resposta a uma alteração da intensidade luminosa A luz afeta a resistividade do material lg mυ eaglg R ρ g = 2 g = ρ g A 2 g Neλ Alteração da Intensidade Luminosa e Fotoresistor m=massa do elétron υ e =velocidade média dos elétrons entre íons N e = número de elétrons livres e= carga do elétron λ= distância média entre íons Resistência

9 Tipos LDR (Light Dependent Resistor)

10 LDR (Light Dependent Resistor) Princípio de Funcionamento A energia luminosa desloca elétrons da banda de valência para a de condução (mais longe do núcleo), aumentando o número destes, diminuindo a resistência

11 LDR (Light Dependent Resistor) Principais Características Tem sua resistência diminuída ao ser iluminado É composto de um material semicondutor (em geral sais) Sulfito de Cádmio - CdS Selenito de Cádmio - CdSe Sulfito de Chumbo - PbS Selenito de Chumbo - PbSe A resistência varia de alguns MΩ, no escuro, até centenas de Ω, com luz solar direta Os usos mais comuns do LDR são em relés fotoelétricos, fotômetros e alarmes. Desvantagem está na lentidão de resposta dinâmica (300KOhms/s)

12 LDR (Light Dependent Resistor) Material semicondutor - CdS ou CdSe

13 LDR - Função de Transferência R = AL L b R L = resistência do sensor sob intensidade luminosa de L (lux) A = Constante que depende do sensor ( x 10 3 ) b = constante que depende do sensor (típico 0,85) L = intensidade luminosa em lux (típico entre 5 e 10 4 lux) Normalmente representada em Escala log x log ( ) = b log( L) log( A) log + R L

14 LDR - Função de Transferência Resposta Espectral Depende do distância entre a banda de Condução e de Valência, representada pela energia do gap (Eg) - os fótons precisam ter energia superior à do gap para ceder aos elétrons (E f =hν) A energia do gap depende do material empregado no semicondutor Depende capacidade do cristal e de sua cobertura em deixar a luz passar Limitado pela capacidade de transmissão Limitado pelo Gap

15 LDR - Condicionamento Melhor Linearização Excitação em tensão + V1 - R RT RL + Vo - Vo = V R L R REAL L1 L2 L3 Intensidade luz (lux) L 1 e L 3 estabelecem a faixa de operação L2 ponto intermediário R L1, R L2 e R L3 : resistência do termistor em L 1, L 2 e L 3 Por meio de V1 ajusta-se a sensibilidade