МІКРОЕЛЕКТРОННІ АВТОГЕНЕРАТОРНІ СЕНСОРИ ТЕМПЕРАТУРИ
MICROELECTRONIC AUTOGENERATOR TEMPERATURE SENSORS
Сторінки: 237-247. Номер: №1, 2023 (317) 
Автори:
ОСАДЧУК Ярослав
Вінницький національний технічний університет
https://orcid.org/0000-0002-5472-0797
e-mail: osadchuk.j93@gmail.com
OSADCHUK Iaroslav
Vinnytsia National Technical University
DOI: https://doi.org/10.31891/2307-5732-2023-317-1-237-247
Анотація мовою оригіналу
Запропоновано мікроелектронні автогенераторні сенсори температури на основі транзисторних структур з диференційним від’ємним опором з первинними параметричними термочутливими елементами на базі біполярних і польових транзисторів, причому первинні параметричні термочутливі елементи є активними компонентами схем параметричних автогенераторних сенсорів температури, що значно спрощує конструкцію пристроїв. На підставі розгляду фізичних процесів у первинних параметричних термочутливих компонентах і автогенераторах сенсорів температури, розроблено математичні моделі автогенераторних сенсорів температури, на основі яких отримано аналітичні вирази для визначення параметричних залежностей функцій чутливості та функцій перетворення. Показано, що основний внесок у функції перетворення і чутливості вносить зміна температури навколишнього середовища, що викликає зміну еквівалентної ємності і диференційного від’ємного опору параметричних автогенераторних сенсорів температури, що відповідно, змінює вихідну частоту пристрою. Чутливість сенсора з термочутливим біполярним транзистором складає від 11,25 кГц/оС до 21,5 кГц/оС, а сенсора з термочутливим польовим транзистором складає від 2,77 кГц/оС до 4,25 кГц/оС в діапазоні зміни температури навколишнього середовища від 0 оС до 100 оС. Отримані параметричні залежності функцій чутливості та перетворення показують можливість значно простіше розраховувати основні характеристики параметричних автогенераторних сенсорів, а також наочно демонструють вплив кожного компонента параметричних перетворювачів та елементів параметричних автогенераторних сенсорів на вихідну частоту пристроїв у порівнянні з розрахунками функцій чутливості та перетворення з нелінійних еквівалентних схем пристроїв на основі розв’язку рівнянь Кірхгофа.
Ключові слова: сенсор температури, диференційний від’ємний опір, автогенератор, частота, термочутливі транзистори.
Розширена анотація англійською мовою
Microelectronic autogenerator temperature sensors based on transistor structures with differential negative resistance with primary parametric thermosensitive elements based on bipolar and field-effect transistors are proposed, moreover, primary parametric thermosensitive elements are active components of the circuits of parametric autogenerator temperature sensors, which greatly simplifies the design of the device. Based on the consideration of physical processes in primary parametric temperature-sensitive components and autogenerators of temperature sensors, mathematical models of autogenerator temperature sensors were developed, on the basis of which analytical expressions were obtained to determine the parametric dependences of sensitivity functions and transformation functions. It is shown that the main contribution to the conversion and sensitivity functions is made by a change in the ambient temperature, which causes a change in the equivalent capacitance and negative differential resistance of parametric autogenerator temperature sensors, which, accordingly, changes the output frequency of the device. The sensitivity of the sensor with a thermally sensitive bipolar transistor is from 11.25 kHz/°C to 21.5 kHz/°C, and the sensor with a thermally sensitive field-effect transistor is from 2.77 kHz /°C to 4.25 kHz/°C in the range of ambient temperature change 0 оС up to 100 оС. The obtained parametric dependences of the sensitivity and conversion functions show the possibility of easier calculation of the main characteristics of parametric autogenerator sensors, and also clearly demonstrate the influence of each component of parametric transducers and elements of parametric self-oscillating sensors on the output frequency of devices in comparison with the calculations of sensitivity and conversion functions from nonlinear equivalent circuits basis for solving the Kirchhoff equations.
Keywords: temperature sensor, differential negative resistance, autogenerator, frequency, thermosensitive transistors.
