Cara terísti as dos ir uitos eletrni os

OfotodiodoBPW34 éumsemi ondutorplanardotipoPIN(PIN-Si),oqual foiutilizado

omoelemento detransdução de orrente. Em outras palavras, a partir da in idên ia de fei-

xesraios X ouraios gamano fotodiodo,haveráumaprodução de orrente queédiretamente

propor ional a esta radiação. Este diodo foi one tado no modo orrente e na onguração

fotovoltai a, ou seja,não haverátensão depolarização sobreo mesmo.

O ir uitodoeletrmetro integrador projetadonestaapli açãodeve possuiraltasensibili-

dadeebaixíssimoruído, permitindoaleiturade orrentesdeentradadaordemdepi oampere

ou 10

−12

A. Este nível de orrente foi obtido do estudo dos dete tores semi ondutores visto

naSeção3.2.3 do Capítulo3. Nele seen ontraosníveis de orrenteproduzidos nofotodiodo

BPW34 quandoexpostoà radiação ionizante omdiferentesenergias onforme asqualidades

deradioproteção.

As ara terísti as elétri as dos ir uitoseletrni osforam investigadas noLaboratório de

DispositivoseNanoestruturas-LDNdaUFPE,queforne euainfraestruturane essáriapara

ara terização dos ampli adores opera ionais, dispositivosde omutação e um estudo para

avaliaro onsumo deenergiadessesdispositivosa mdegarantir amaximização davidaútil

dabateria.

A instrumentação e os softwares utilizados nos pro edimentos de ara terização desses

dispositivoseletrni os sãodes ritosa seguir.

•

Geradorde função Agilent de 30MHz modelo 33522A;

•

Os ilos ópioHewlet Pa kard de 150 MHz modelo54602B;

•

Fonte de tensão regulável Hewlet Pa kard de 0-6 V de 5 A e 0

±

25 V de 1 A modelo E3631A;

•

Fontede orrente Keithleyde 0,1a 100nA modelo 220;

•

Os ilos ópiodigital Minipa de60 MHz modeloMO-2061;

•

Softwares PSpi e OrCaD e Proteus 8 Demonstration na versão estudante para simula- çõesde ir uitoseletrni os.

A ara terização dos ir uitos eletrni os ini iou-se om o estudo de diversos ampli a-

dores opera ionais ou (abreviadamente AmpOp) através do datasheet do fabri ante, om o

objetivode investigaras ara terísti aselétri ase obteroampli ador quemelhorseadéqua

aapli ação desteprojeto.

As ara terísti as do ampli ador opera ional es olhido paraseravaliado sãodes ritas a

seguir,e na Figura4.1pode servisto oseuen apsulamento.

•

Tensão deoset 65

µ

Vmáxima;

•

Corrente de polarização(BIAS) de 1pA máxima;

•

Nívelde ruído8 nV/

√

Hz

;

•

Largura debanda 10 MHz;

•

Ganhoem malhaaberta 1000 V/mV;

•

Alimentação assimétri ade 2,7V a5,5 V;

•

Capa itân ia deentrada8,8 pF;

•

Corrente de saída

±

30 mA;

•

Taxa devariação 5 V/

µ

s;

•

Tempo de estabilização <0,5

µ

s;

•

Temperatura máxima deoperação-65

◦

Ca 150

◦

C.

O ampli ador opera ional AD8605 do Analog Devi es foi sele ionado em vista de suas

ara terísti as elétri as serem ompatíveis om as ne essidadesdo projeto. Estas ara terís-

ti as foram obtidas no datasheet do fabri ante, das quais desta am-se: tensão de oset 65

µ

V, orrentedepolarizaçãode1pA,alimentação assimétri ade 2,7Va5,5Ve apa itân ia de entrada em torno de 8,8 pF. Este ampli ador opera ional ombina em uma só pastilha

monolíti a, transistores JFET de entrada e transistoresbipolares, queatribuem elevada im-

pedân ia de entrada, baixa orrente de fuga e de oset, além de umaelevada apa idade de

resposta àsvariaçõesdossinais de entrada (slew rate).

Forampesquisadastambém havesanalógi as de ontroledigitalparades arregara arga

a umulada no apa itor do ir uito integrador. A seguirpodem serobservadas asprin ipais

ara terísti aselétri asdo dispositivo de omutação es olhido,enaFigura4.2pode servisto

oseuen apsulamento.

•

Tensão deoperação de1,8V a 5,5V;

•

Resistên ia om have ligada 0,4

Ω

típi a e0,6

Ω

máxima;

•

Corrente om have ligada 100 mAmáxima;

•

Capa itân ia deentrada2 pF;

•

Corrente de fuga om have desligada

±

0,2nA;

•

Corrente de fuga entre anais om have ligada

±

0,2nA.

ra terísti asseremde a ordo om asespe i açõesdoprojeto. Estas ara terísti as também

foram obtidas no datasheet do fabri ante, dasquais desta am-se: tensão de operação de 1,8

Va 5,5V, orrente de 100 mAmáxima om have ligada e apa itân ia deentradade 2 pF.

Em seguida, pesquisaram-se as prin ipais ongurações de ir uitos eletrni os reporta-

das na literatura para o desenvolvimento de um eletrmetro om apli ação de fotodiodos.

Naliteratura en ontram-se diversos ir uitosprojetados omeste intuito. No entanto, foram

avaliadasas onguraçõeseletrni as maisrelevantes quesão des ritasaseguir.

Na primeira, o ir uito do eletrmetro é onstituído por ampli adores opera ionais nas

ongurações de onversor orrente-tensão (I-V) e um ir uito integrador não-inversor. O

esquemabási o desse ir uito eletrni o pode serobservado naFigura 4.3.

Figura 4.3: Esquemabási odo eletrmetro omintegrador não-inversor.

Na segunda, o ir uito do eletrmetro é onstituído por ampli adores opera ionais nas

ongurações de onversor orrente-tensão (I-V),ampli ador inversore um ir uitointegra-

Figura 4.4: Esquemabási odoeletrmetro omintegradorinversor.

Em ambosos asos,odete torfotodiodoatua omoumafontede orrentee está ongu-

radono modo sem polarização, pois no modo polarizado pode apresentar maior orrente de

fuga ( orrente espúria), queé propor ional à temperatura ambiente. A orrente de fuga por

suavezpodeprejudi ararelaçãosinal-ruídodoeletrmetro. Portanto,ofotodiodo omporta-

se omo uma have abertasem radiação in idente e seufun ionamento independe datensão

de diodo (V

d

), e sim da orrente produzida (I

d

) na interação da radiação om a região de depleção domesmo.

A saídadetensão doampli ador onversor I-Védenida omosendo, Vs=I

d

.R

f

,onde I

d

é a orrente gerada no fotodiodo e R

f

é o resistor de realimentação negativa do ampli- ador. Assim, a tensão de saída é propor ional a orrente I

d

que depende da intensidade da radiaçãoin idente. Apolaridadedatensãodesaída no onversor I-Vdependedaforma omo

o diodo é one tado na entrada do ampli ador, ou seja, quando o terminal ânodo estiver

ligado ao terra asaída do ampli ador apresentarátensão negativa, equando for o átodo a

saídado ampli ador terá valor inverso.

O ampli ador integrador, sejainversor ounão-inversor, tema nalidade de realizar um

pro esso deintegração (soma innitesimal) dossinaisresultantesda variação da orrentege-

radanofotodiodo onforme ointervalodetempoanalisado. Avelo idade dearmazenamento

de argaselétri asintegradasno apa itordependeda onstantedetempo(RC)deintegração

dosinal,onde RéoresistoreCo apa itorquesãoutilizadosno ir uito. Alémdisso,existe

No documento Sistema dosimétrico portátil sem fio para uso em radiologia (páginas 78-83)