terça-feira, 26 de abril de 2016

Transistores de silício ficam flexíveis e chegam a 38 GHz


A impressão rolo-a-rolo superou a litografia tradicional, fabricando transistores de 10 nanômetros que funcionam a 38 GHz.



Flexível e rápido

Transistores flexíveis de silício atingiram a incrível marca de 38 gigahertz (GHz), abrindo caminho para computadores e outros aparelhos não apenas flexíveis, mas também muito mais rápidos do que os atuais. E as simulações mostram que é possível chegar a velocidades de até 110 GHz.

Mas o mais importante é que a técnica para construir esses transistores é simples e facilmente automatizável, permitindo que eles sejam fabricados em sistemas de rolo, semelhantes aos usados na impressão de revistas e jornais. Mesmo com todo o progresso recente da eletrônica orgânica, esse é um patamar de velocidade que parecia impossível de ser atingido há poucos anos, sobretudo quando se fala em transistores de silício de alto desempenho.

A equipe acredita que o novo processo de fabricação de transistores flexíveis de silício deverá ter um impacto imediato nas aplicações sem fios, já que o transístor pode transmitir dados ou mesmo ser usado para transferir energia à distância, abrindo um leque de novas aplicações. "A litografia por nanoimpressão viabiliza as futuras aplicações para a eletrônica flexível. Nós não queremos construí-los [os transistores] da maneira que a indústria de semicondutores faz hoje. Nossa etapa, que é a mais crítica para a impressão rolo-a-rolo, está pronta," disse Zhenqiang Ma, da Universidade Wisconsin-Madison, nos EUA.

Ultraminiaturização

Em lugar da litografia tradicional, que usa luzes e produtos químicos para esculpir os transistores nas pastilhas de silício, a equipe usou uma técnica de baixa temperatura para aplicar uma camada inteira de dopantes, evitando a dopagem seletiva das camadas ultrafinas de silício, que geralmente não funciona muito bem quando feita pela técnica de nanoimpressão. Em seguida, a equipe adicionou um material sensível à luz e usou um feixe de elétrons para criar estruturas de 10 nanômetros de largura, que funcionam como moldes reutilizáveis para a nanoimpressão.

Com um padrão de fluxo de corrente tridimensional, o transístor alcança um desempenho inédito e consome menos energia. E como a técnica de fabricação permite traçar estruturas mais estreitas do que a fabricação convencional, ela permite colocar um maior número de transistores por área, acelerando a miniaturização dos aparelhos.

Fonte: Inovação Tecnológica

sábado, 16 de abril de 2016

Fonte de alimentação 12V x 10A

Eu tinha montado uma fonte de 10A usando dois MJ15003 na saída, mas as ligações internas estavam meio bagunçadas esteticamente falando e depois de apresentar um pequeno problema eu resolvi refazer a fonte usando TIP35 no lugar dos MJ15003.

Minha intenção era colocar o dissipador dos transistores de passagem dentro da caixa, como eu tinha um dissipador ideal para essa montagem resolvi fazer, mas desta vez com algumas modificações no esquema original(artigo).

No vídeo abaixo eu mostro como estava as ligações na fonte antes de desmontar, é bom deixar claro que a fonte estava funcionando bem e os MJ15003 usados na saída são muito bons e mais fáceis de achar o original do que o 2N3055 ou MJ802.




Os pontos comuns era nos terminais dos capacitores de filtro, eu precisava organizar melhor as coisas, desenhar uma placa para a etapa de potência (capacitores de filtro, transistores de passagem com suas respectivas resistências de emissor) e para a etapa de controle (CI e driver).

A placa da etapa de potência ficou bem grande, eu queria colocá-la deitada, mas não deu, então resolvi colocar a placa de pé com os transistores de passagem do lado oposto aos capacitores do filtro, eu não usei mica para isolar os transistores do dissipador, portanto ali tem o mesmo potencial do positivo do capacitor de filtro, por isso precisei isolar o dissipador da carcaça da fonte. O uso de mica diminui um pouco o acoplamento térmico entre o transistor e o dissipador, por isso prefiro isolar o dissipador a usar mica, fiz a mesma coisa com a ponte retificadora.

Na placa da etapa de controle eu adicionei uma ponte retificadora e um capacitor eletrolítico na alimentação do CI regulador, a tensão mínima recomendável para alimentar o CI é 12V(40V máx.), com isso a tensão de alimentação ficou dentro da faixa variando de 26,3V sem carga e 21,2V com carga máxima.

A placa ficou bem pequena como pode ser visto na foto abaixo:


O tamanho da placa ficou com 9,5 x 5 cm, eu diminui o tamanho do dissipador do driver porque não tem muita necessidade um dissipador grande, o driver quase não esquenta e isso em carga máxima.


O vídeo da fonte finalizada e fazendo o teste da carga está logo abaixo:





Eu fiz algumas medidas de tensão em alguns pontos do esquema para analisar melhor o funcionamento do circuito, é possível notar que a tensão de saída ficou bem estável, eu queria ter um osciloscópio para poder ver a forma de onda e ver também a variação do ripple em função da carga.


Núm. Local 0A 1A 3A 5A 8A 10A
4 Saída 12,5V 12,5V 12,5V 12,49V 12,48V 12,48V
3 Base Q1 13,59V 14,52V 14,76V 14,97V 15,34V 15,58V
2 Emissor Q1 13,05V 13,28V 13,5V 13,7V 14,05V 14,28V
1 Coletor Q1 26,7V 25,3V 23,6V 22,3V 20,6V 19,5V
5 Vcc do CI 26,3 25,2V 24V 22,9V 22V 21,2V


O número na primeira coluna são os pontos equivalentes no esquema da fonte que pode ser visto na imagem abaixo:



A lista de componentes segue abaixo:

B1 - 15A x 100V [Ponte retificadora]
B2 - 1A x 100V [Ponte retificadora]
CI1 - LM723
Q1 - TIP142
Q2, Q3, Q4, Q5 - TIP35

R1 - 120R x 25W
R2, R3, R4, R5 - 0,1R x 5W
R6 - 0,055R x 10W (ver texto)
R7 - 1k x 1W
R8 - 2,2k x 1/4W
R9 - 3,3k x 1/4W
P1 - 1K

C1 - 24.700µ x 50V (ver texto)
C2, C4, C9 - 100n
C3 - 1.000µ x 35V
C5, C7 - 10n
C6 - 470p
C8 – 100µ x 25V

T1 - Primário 110/220V -- Secundário 18V x 10A
F1 - 1,5A
S1 - Chave 3A
FL1 - Filtro de rede 2A x 240V


Os pontos A e B são os sensores de corrente e devem ser ligados em paralelo ao resistor sensor por meio de fios, o sensor de tensão(ponto C) deve ser conectado diretamente no borne de saída.

O capacitor de filtro é composto por dois capacitores de 10.000µ e um de 4.700µ, ambos com 50V, a resistência R6 sensor de corrente é composta por quatro resistores de 0,22R x 5W, para calcular o valor desse resistor em função da corrente máxima de saída basta usar a fórmula R = 0,65/I, onde I seria a corrente máxima na saída antes de limitar a corrente. No meu caso o resistor R6 tem um valor de 0,055R limitando a corrente em 11,8A aproximadamente.

Os capacitores C8 e C9 e os resistores R6 e R7 foram colocados em uma placa junto aos bornes de saída da fonte, coma exceção de R6, esse é o local ideal para os capacitores da saída, no próprio borne de saída.


Observações e dicas


Em função da outra montagem eu notei uma melhora na estabilidade de tensão depois de fazer a ligação da alimentação do CI independente, mas de acordo com as medições é possível notar que conforme aumentava a carga, a tensão de coletor do driver diminuía enquanto que a tensão de saída do regulador aumentava para compensar a queda, podendo verificar aí uma limitação. É possível melhorar isso usando uma tensão estabilizada para a placa de controle e para o transistor driver, essa variação não vai afetar o circuito de controle melhorando ainda mais a estabilidade da saída. Devido às perdas nas junções dos transistores é preciso uma tensão de pelo menos 20V para alimentar a placa de controle e o transistor driver. Caso a placa de controle for alimentada por uma tensão independente o negativo da placa deve ser ligado junto ao negativo da etapa de potência.

Em montagem de fontes desse tipo é preciso separar as etapas de alta e baixa potência para que o funcionamento seja melhor, todas as conexões devem ser bem feitas para reduzir as perdas e evitar qualquer problema, principalmente as conexões de maior corrente, sempre que possível fazer as conexões mais curtas possíveis. Nessa montagem eu tive esse problema e quase perdi um regulador achando que o problema estava nele, eu notei o mau contato quando percebi que o cabo que saia do positivo da ponte retificadora estava bem quente e quando fui mexer nele percebi que estava solto no conector.

A ligação dos três fios sensores através de fios finos e não por meio de trilhas na placa funciona melhor. Devido ao seu baixo valor, a resistência sensor pode ser feita conectando duas ou mais resistências em paralelo, melhorando assim a dissipação de calor. É preciso definir um ponto de negativo comum para que não haja loops de terra, no vídeo eu mostro o negativo comum que fiz na placa de potência, dali sai um fio para o borne da saída, um fio para o negativo da placa de controle e um fio para o negativo da ponte retificadora.
   
Essa fonte só possui limitação de corrente, não possui proteção contra sobretensão, para isso é possível usar o circuito crowbar igual a esse exemplo abaixo:





Circuitos crowbar trabalham de duas formas básicas em função do tipo de fonte:

 - Fontes com limitação de corrente o circuito é usado na saída da fonte, que quando atuado cria um curto na saída fazendo a limitação de corrente da fonte entrar em ação reduzindo a tensão da saída;

 - Fontes sem limitação de corrente o circuito crowbar deve ser ligado em paralelo ao capacitor de filtro da fonte fazendo com que rompa o fusível do primário quando o circuito crowbar entrar em ação, nesse caso é muito importante que use o cálculo para determinar o fusível do primário em função da potência máxima do transformador.
   
Eu costumo usar a lei de ohms para calcular o fusível do primário, por exemplo, o transformador que usei tem um secundário de 18V x 10A, portanto 180W, para calcular a corrente no primário basta dividir a potência pela tensão, no meu caso 125V que dá 1,44A, como não é um valor comercial é escolhido um valor superior mais próximo ao resultado, no caso 1,5A. Dê preferências aos fusíveis de partida rápida que são aqueles que possuem um fio e não uma “chapinha” como os de partida lenta.
É importante que para ambos os tipos de fontes, deve escolher um SCR com uma corrente um pouco superior a corrente de saída da fonte, lembrando que SCRs para correntes maiores necessitam de uma corrente maior de acionamento, por isso esse circuito usa um transistor para acionar o gate do SCR.

Alguns circuitos crowbar usam um fusível na linha de alimentação, assim quando entra em ação, o curto faz o fusível romper, o problema é a conexão do fusível, para correntes grandes vai ter uma perda nos terminais do fusível por causa do contato, terá aquecimento em função do mau contato e mesmo assim a fonte tem que ter limitação de corrente, pois até o fusível se romper vai ser tempo suficiente para danificar os transistores de saída.

De acordo com o datasheet do CI é possível reduzir a tensão de ripple da saída adicionando um capacitor eletrolítico de 4,7µ desacoplando o pino 5 do CI, talvez eu adicione futuramente esse capacitor, também em relação ao datasheet é bom lembrar que entre o terminal 2 do CI até o resistor sensor tem um outro resistor de 1K, talvez para limitar a corrente no pino 2, é preciso experimentar e se não modificar o valor da limitação de corrente é muito importante adicionar, eu vou fazer a modificação na minha fonte.


Como alterar a corrente de saída da fonte


Esse circuito é o mais básico usando 723 e é possível alterar o valor da corrente de saída da fonte fazendo algumas modificações.

A ponte retificadora deve ter uma corrente mínima de 2x a corrente de saída desejada usando como referência 2000µ/A para o capacitor de filtro. Quando a fonte é ligada, a corrente de pico de carga nos capacitores de filtro é bem alta, quanto maior o valor do capacitor, maior é a corrente e quem segura toda essa corrente é a ponte retificadora, portanto se usar mais de 2000µ/A é bom aumentar mais que 2x a corrente da etapa de retificação.

Para o valor do capacitor de filtro pode usar o padrão descrito acima 2000µ/A sempre usando uma resistência de carga e um capacitor cerâmico de 100n em paralelo.

Para os transistores de passagem, eu costumo usar sempre componentes a mais do necessário para não esquentar tanto, quando se usa transistores 2N3055 normalmente é usado um para cada 3,3A, mas existem esquemas por aí que usam um transistor para cada 5A, nesse caso eles esquentam bastante, por isso quando for escolher um transistor de passagem não aconselho usar correntes maiores do que 5A para cada transistor, para que fique uma montagem robusta usar sempre uma corrente mais baixa em cada transistor. Lembrando que se for usar 5A/transistor é bom caprichar bastante no dissipador. Os resistores de emissor têm um valor fixo independente da corrente máxima de saída da fonte, até 5A para cada transistor usar um valor de 0,1R x 5W.

O resistor sensor de corrente pode ser calculado de acordo coma fórmula que passei mais acima, a potência pode ser calculada usando a lei de ohms, é bom sempre usar o dobro da potência calculada como mínimo. Como o valor calculado é diferente dos valores comerciais, é possível fazer associações de resistores em paralelo usando resistores de baixo valor como fiz nessa fonte usando quatro resistores de 0,22R em paralelo.

Usando um transformador com dois secundários, a corrente do secundário que vai alimentar a etapa de controle junto com o coletor do driver terá que ser calculada com base na quantidade de transistores de saída e da corrente de alimentação do CI e se caso for adicionar algum ventilador para melhorar o resfriamento interno. A corrente de consumo do CI é muito baixa, mas pode chegar a 150mA, a corrente necessária para alimentar o pino 11 e o coletor do transistor driver pode ser calculado usando a fórmula abaixo:

Itr = Ic/Hfe

onde:

Itr é a corrente necessária para excitar um dos transistores de passagem;
Ic é a corrente de coletor de cada transistor de passagem;
Hfe é o beta do transistor de passagem.


Por exemplo, para uma fonte de 35A que usa 8 MJ15003 nas saídas e cada transistor possui um Hfe mín. de 25 a corrente do driver terá:

35/8 = 4,375A por transistor

4,375/25 = 0,175A de corrente de base para cada transistor

0,175x8 = 1,4A de corrente no coletor do transistor driver para excitar os 8 transistores de saída.

Sendo assim é só somar a corrente dos transistores de passagem(1,4A) mais a corrente do CI(0,15A) e caso for adicionar algum ventilador somar as correntes, sempre considerar alguma tolerância no valor final calculado para não trabalhar no limite, acredito que algo entre 200 a 300mA a mais de tolerância seja suficiente.

Seguindo essas regras básicas é possível montar uma fonte para qualquer corrente de saída.

sábado, 9 de abril de 2016

Calor transferido por luz é 100 vezes mais forte


Os pesquisadores criaram um aparelho do tipo MEMS para controlar com precisão a proximidade entre os pontos de origem e de destino do calor.



Troca de calor por meio da luz

A transferência de calor pode ser feita com uma intensidade 100 maior do que se acreditava simplesmente colocando dois objetos muito próximos, em distâncias em nanoescala, sem que eles se toquem. Essa efetiva "troca de calor através da luz", ou na forma de radiação, abre o caminho para que todos os aparatos de manipulação da luz já existentes possam ser utilizados para a transferência de calor - no interior dos chips, por exemplo, mas também em uma série inumerável de outras situações.

Todos os objetos no ambiente trocam calor com os seus arredores usando a luz. Isso inclui a luz que chega até nós do Sol, a cor vermelha brilhante da resistência de uma torradeira ou as câmeras de "visão noturna" que permitem a gravação de imagens termais mesmo na escuridão completa. Mas essa troca de calor por radiação geralmente é muito fraca em comparação com o que pode ser obtido por condução (colocando dois objetos em contato um com o outro) ou por convecção (usando ar quente). Mas não tão fraca quanto se imaginava.

Radiação térmica

Colocando dois objetos em diferentes temperaturas a distâncias que chegaram a apenas 42 nanômetros, observou-se que a transferência de calor é cerca de 100 vezes mais forte do que o previsto pelas leis da radiação térmica convencional, a chamada radiação de corpo negro. Esses resultados se mantiveram mesmo para diferenças de temperatura entre os dois objetos tão elevadas quanto 260° C.

"Uma implicação importante do nosso trabalho é que a radiação térmica pode agora ser usada como um mecanismo de transferência de calor dominante entre objetos em diferentes temperaturas. "Isto significa que podemos controlar o fluxo de calor com várias das mesmas técnicas que usamos para manipular a luz. Isto é significativo, uma vez que há um monte de coisas interessantes que podemos fazer com a luz, como convertê-la em eletricidade usando células fotovoltaicas," disse Raphael St-Gelais, da Universidade de Colúmbia, nos EUA.


Fonte: Inovação Tecnológica

sábado, 26 de março de 2016

Mais um ano de Blog no ar

Nesse mês o blog completa mais um ano no ar, já são sete anos no ar e se tudo seguir bem espero estar comemorando oito anos em 2017.

Quero deixar aqui meu agradecimento a todos que visitam meu blog e em especial aqueles leitores que contribuem para que possamos completar as coleções de revistas brasileiras.

Planeta excêntrico pensa que é um cometa


Este gráfico compara a órbita do planeta HD-20782 com a órbita dos planetas interiores do nosso Sistema Solar.



Planeta excêntrico

Astrônomos descobriram o planeta mais excêntrico conhecido até hoje. Neste caso, "excêntrico" não se refere a um jeitão particular do exoplaneta, mas à sua órbita extremamente alongada em torno de sua estrela.

Enquanto os planetas do nosso Sistema Solar têm órbitas quase circulares, os astrônomos já descobriram vários planetas extrassolares com órbitas altamente elípticas, ou excêntricas - mas nenhum como o HD 20782. Sua excentricidade é de 0,96, o que significa que o planeta se move em uma elipse quase achatada, afastando-se muito de sua estrela e depois estilingando rápida e furiosamente em torno da estrela, para então se afastar novamente - para comparação, a excentricidade da órbita da Terra é de 0,017.

Órbita de cometa

A órbita do HD 20782 é tão alongada que mais se assemelha à órbita de um cometa, que frequentemente são destruídos no ponto de maior aproximação da estrela. Mas o planeta é grande demais para ser destruído. "Ele tem mais ou menos a massa de Júpiter, mas está dançando ao redor de sua estrela como se fosse um cometa," disse astrônomo Stephen Kane, da Universidade Estadual de São Francisco, nos EUA, que liderou a equipe que detectou o planeta extrassolar a cerca de 117 anos-luz da Terra.

No ponto mais distante em sua órbita, o HD 20782 afasta-se de sua estrela 2,5 unidades astronômicas (ua) - ou 2,5 vezes a distância entre o Sol e a Terra. Na sua maior aproximação, ele chega a 0,06 ua, muito mais próximo do que Mercúrio orbita o Sol, a 0,39 unidades astronômicas.

Detetives cósmicos

A esquisitice de exoplanetas como o HD 20782 coloca uma multiplicidade de questões para os astrônomos, acostumados por séculos com o nosso bem-comportado Sistema Solar.

"Quando vemos um planeta como este, em uma órbita tão excêntrica, pode ser realmente muito difícil tentar explicar como ele chegou a essa situação. É parecido com olhar a cena de um crime [...]; sabe-se que algo ruim aconteceu, mas você precisa descobrir o que foi que causou," disse Kane.

Fonte: Inovação Tecnológica

sábado, 19 de março de 2016

Computadores eficientes precisarão ser magnéticos


O bit magnético, medindo 90 nanômetros, é visto na forma de um ponto brilhante (Norte) e um ponto escuro (Sul). O "H" mostra a direção do campo magnético aplicado para inverter seu valor.



Dissipação fundamental

Em um avanço importante para uma computação energeticamente eficiente, engenheiros da Universidade da Califórnia em Berkeley comprovaram pela primeira vez que chips magnéticos poderão operar com o menor nível fundamental de dissipação de energia possível de acordo com as leis da termodinâmica. Isto significa que é possível conseguir reduções dramáticas no consumo de energia - tanto quanto usar apenas um milionésimo da energia gasta por operação pelos transistores dos computadores atuais.

Isto é crítico tanto para os aparelhos móveis e suas baterias, quanto para a "nuvem", com a gigantesca demanda de eletricidade dos enormes centros de dados que a viabiliza.

Computação magnética

A computação magnética emergiu como um candidato promissor nos últimos anos porque os bits magnéticos são diferenciados por direção, gastando a mesma energia para fazê-los apontar para a esquerda ou para a direita. "São dois estados de energia iguais, por isso não desperdiçamos energia criando um estado de alta e [outro estado] de baixa energia," esclarece o professor Jeffrey Bokor, coordenador da equipe. Em 2011, o mesmo grupo publicou uma teoria demonstrando que processadores magnéticos poderiam atingir o limite físico da eficiência.

Agora eles demonstraram isso experimentalmente.

Limite de Landauer

Na prática, a equipe testou e confirmou o limite de Landauer, um termo em homenagem a Rolf Landauer, que em 1961 descobriu que, em qualquer computador, cada operação de um único bit deve gastar uma quantidade mínima absoluta de energia. A descoberta de Landauer é baseada na segunda lei da termodinâmica, que estabelece que, conforme qualquer sistema físico é alterado, passando de um estado de maior concentração para uma menor concentração, ele torna-se cada vez mais desordenado. Essa perda de ordem é chamada entropia, e sai do sistema como calor residual.

Landauer desenvolveu uma fórmula para calcular este limite inferior de energia necessária para uma operação computacional. O resultado depende da temperatura do computador; a temperatura ambiente, o limite atinge cerca de 3 zeptojoules, ou um centésimo da energia dissipada por um único átomo quando ele emite um fóton de luz.

Eficiência energética é possível

A equipe usou uma técnica inovadora para medir a minúscula quantidade de dissipação de energia gerada pela inversão de um bit nanomagnético. Eles usaram um laser para rastrear cuidadosamente a direção que o bit estava apontando conforme um campo magnético externo era usado para girar o alinhamento do ímã para "cima" e para "baixo" ou vice-versa.

Os dados mostram que são necessários apenas 15 milielétron-volts de energia - o equivalente a 3 zeptojoules - para inverter um bit magnético a temperatura ambiente, demonstrando efetivamente o limite de Landauer. Ainda é uma prova de princípio, e efetivamente poder comprar processadores magnéticos nas lojas ainda deverá demorar algum tempo.

Mas a equipe observa em seu artigo que "a significância deste resultado é que os computadores de hoje estão longe do limite fundamental e que futuras reduções drásticas no consumo de energia são possíveis."


Fonte: Inovação Tecnológica