ELECTRIC THERMAL MODELING OF TEMPERATURE-DEPENDENT VAC OF THE TRANSISTOR-TYPE CONVERTERS IN BIOMEDICAL ENGINEERING

Сергій  Павлов; Вальдемар  Вуйцік; Роман  Голяка; Лариса Никифорова; Олександр  Кадук

doi:10.31649/1999-9941-2024-59-1-62-68

Автор(и)

Сергій Павлов Вінницький національний технічний університет, Вінниця, Україна
Вальдемар Вуйцік Люблінський університет технологій, Польща
Роман Голяка Національний університет «Львівська політехніка»
Лариса Никифорова Національний університет біоресурсів та природокористування України
Олександр Кадук Вінницький національний технічний університет, Вінниця, Україна

DOI:

https://doi.org/10.31649/1999-9941-2024-59-1-62-68

Ключові слова:

вимірювальні перетворювачі, електротеплове моделювання, самонагрів перетворювачів, біомедичні прилади, біомедичні системи

Анотація

Анотація. В статті розглянуто шляхи вирішення проблеми нестабільності ітераційних процесів при аналізі ВАХ вимірювальних перетворювачів з від’ємним диференційним опором, обумовленим самонагрівом цих перетворювачів. Розроблено експрес-метод визначення меж, в яких забезпечується коректний електротепловий DC аналіз. Відповідно до розглянутої задачі розроблено методику синтезу електротермічної моделі транзисторних структур термодатчиків потоку. Аналізуючи модель біполярного транзистора з точки зору впливу температури саморозігріву на ВАХ, необхідно розглянути, як мінімум, три механізми впливу температури. Слід зазначити, що, як і в представлених раніше моделях, мова йде не тільки про вплив температури навколишнього середовища на параметри транзистора, але і про його самонагрівання, тобто про прямий вплив потужності, що виділяється в структурі транзистора. на його електрофізичні параметри. Запропоновано спосіб синтезу електротеплових моделей терморезистивних, діодних та транзисторних структур первинних перетворювачів теплових сенсорів потоку. На відміну від відомих пакетів схемного моделювання (PSpice чи MicroCAP) запропонований спосіб дозволяє за один цикл DC аналізу отримати ВАХ з врахуванням самонагріву вищевказаних перетворювачів. Розроблено комплексну методику електротеплового моделювання вимірювальних перетворювачів теплових сенсорів потоку, що включає в себе синтез кола заміщення імпульсної температурної релаксації та спосіб формування ВАХ перетворювачів в режимі їх самонагріву струмом живлення. З точки зору практичного використання транзисторів у схемах вимірювальних перетворювачів термодатчиків необхідно забезпечити не тільки достатній нагрів структури транзистора, але й достатню електричну термостійкість його функціонування. Для цього необхідно використовувати, зокрема, емітуючі стабілізуючі резистори або диференціальне з'єднання пари транзисторів з джерелом струму.

Біографії авторів

Сергій Павлов, Вінницький національний технічний університет, Вінниця, Україна

D.Sc., Professor of Biomedical Engineering and Optic-Electronic Systems Department, Vinnytsia National Technical University

Вальдемар Вуйцік, Люблінський університет технологій, Польща

D.Sc., Professor, director of the Institute of Electronics and Information Technology at Lublin University of Technology. Doctor Honoris Causa of five Universities in Ukraine and Kazakhstan

Роман Голяка, Національний університет «Львівська політехніка»

D.Sc., Professor of Electronic Device of Information-Computer Technologies Department, Lviv Polytechnic National University

Лариса Никифорова, Національний університет біоресурсів та природокористування України

Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Automation and Robotic Systems named after Academician I.I. Martynenko, National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine

Олександр Кадук, Вінницький національний технічний університет, Вінниця, Україна

Ph.D., associate professor associate professor of Computer Engineering Department, Vinnytsia National Technical University

Посилання

Y. Fang and W. W. Liou. Computations of the Flow and Heat Transfer in Microdevices Using DSMC With Implicit Boundary Conditions // J. Heat Transfer. – 2002. – Vol. 124. – P. 338–345.

W.W. Liou and Y. Fang. Implicit Boundary Conditions for Direct Simulation Monte Carlo Method in MEMS Flow Predictions // CMES. – 2000. – Vol. 1, No. 4, – P. 119–128.

Y. Weiping, L. Chong, L. Jianhua, M. Lingzhi and N. Defang. Thermal distribution microfluidic sensor based on silicon // Sensors and Actuators B. – 2005. – Vol. 108. – P. 943–946.

B.W. van Oudheusden. Silicon thermal flow sensors // Sensors and Actuators A: Phys. – 1992. № 30. – PP. 5–26.

M. Ashauer, H. Glosch, F. Hedrich, N. Hey, H. Sandmaier, W. Lang. Thermal flow sensor for liquids and gases based on combinations of two principles // Sensors and Actuators A. – 1999. Vol. 73. – PP. 7-13.

F. Jiang, Y.-C. Tai, C.-M. Ho, R. Karan, M. Garstenauer. Theoretical and experimental studies of mi-cromachined hot-wire anemometers // International Electron Devices Meeting (IEDM), San Francisco, December 11–14. – 1994. PP. 139-142.

J.J. van Baar, R.W. Wiegerink, T.S.J. Lammerink, G.J.M. Krijnen, M. Elwenspoek. Micromachined structures for the thermal measurements of fluid and flow parameters // J. Micromech. Microeng. – 2001. – № 11. – PP. 311–318.

T. S. T. Lammerink, N. R. Tas, M. Elwenspoek, J. H. J. Fluitman. Micro-liquid flow sensor // Sensors and Actuators A. – 1993. – PP. 45-50.

P.M. Handford, P. Bradshaw. The pulsed-wire anemometer // Exp. Fluids 7. – 1989. – PP. 125–132.

Ellis Menga, Po-Ying Li, Yu-Chong Tai. A biocompatible Parylene thermal flow sensing array // Sensors and Actuators A. – 2008. № 144. –PP. 18–28.

A. Margelov. Honeywell gas flow sensors [Electronic resource] / A. Margelov // Chip News. — 2005. — № 9 (102). — С.56—58.

Z.Yu. Gotra, R.L. Holyaka, S.V. Pavlov, S.S. Kulenko, O.V. Manus Differential thermometer with high resolution // Technology and construction in electronic equipment. - 2009. - No. 6 (84). - P. 19 - 23.З.Ю.

Pavlov S. V. Information Technology in Medical Diagnostics //Waldemar Wójcik, Andrzej Smolarz, July 11, 2017 by CRC Press - 210 Pages.

Wójcik W., Pavlov S., Kalimoldayev M. Information Technology in Medical Diagnostics II. London: (2019). Taylor & Francis Group, CRC Press, Balkema book. – 336 Pages.

Highly linear Microelectronic Sensors Signal Converters Based on Push-Pull Amplifier Circuits / edited by Waldemar Wojcik and Sergii Pavlov, Monograph, (2022) NR 181, Lublin, Comitet Inzynierii Srodowiska PAN, 283 Pages. ISBN 978-83-63714-80-2.

Pavlov Sergii, Avrunin Oleg, Hrushko Oleksandr, and etc. System of three-dimensional human face im-ages formation for plastic and reconstructive medicine // Teaching and subjects on bio-medical engi-neering Approaches and experiences from the BIOART-project Peter Arras and David Luengo (Eds.), 2021, Corresponding authors, Peter Arras and David Luengo. Printed by Acco cv, Leuven (Belgium). - 22 P. ISBN: 978-94-641-4245-7.

Kukharchuk, Vasyl V., Sergii V. Pavlov, Volodymyr S. Holodiuk, Valery E. Kryvonosov, Krzysztof Skorupski, Assel Mussabekova, and Gaini Karnakova. 2022. "Information Conversion in Measuring Channels with Optoelectronic Sensors" Sensors 22, no. 1: 271. https://doi.org/10.3390/s22010271

Avrunin, O.G.; Nosova, Y.V.; Pavlov, S.V.; Shushliapina, N.O.; and etc. Research Active Posterior Rhinomanometry Tomography Method for Nasal Breathing Determining Violations. Sensors 2021, 21, 8508. doi: 10.3390/s21248508, https://www.mdpi.com/1424-8220/21/24/8508.

Avrunin, O.G.; Nosova, Y.V.; Pavlov, S.V.; and etc. Possibilities of Automated Diagnostics of Odonto-genic Sinusitis According to the Computer Tomography Data. Sensors 2021, 21, 1198. https://doi.org/10.3390/ s21041198.

Vasyl V. Kukharchuk, Sergii V. Pavlov, Samoil Sh. Katsyv, and etc. “Transient analysis in 1st order electrical circuits in violation of commutation laws”, PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 97 NR 9/2021, p. 26-29, doi:10.15199/48.2021.09.05.

Sensors of electric magnetic radiation for bioengineering research / G. S. Tymchyk; V. I. Skytsiuk, M. A. Waintraub, T. R. Klochko. – K. : S.E. Lesia, 2004. – 64 p.

Osadchuk O. V Microelectronic frequency converters on the base of the transistor structures with nega-tive resistance / O. V. Osadchuk. – Vinnytsia: UNIVERSUM- Vinnytsia, 2000. – 303 p.