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Amplificador acústico eficiente en miniatura

25.07.2021

Los científicos de Sandia National Laboratories han creado lo que se puede llamar el amplificador acústico más pequeño y eficiente del mundo. Este amplificador se basa en principios desarrollados hace unas cinco décadas, pero los últimos avances en electrónica y nanofabricación han permitido reducir drásticamente el tamaño y aumentar la eficiencia del dispositivo en más de 10 veces.

Los amplificadores de señal de radio se utilizan hoy en día en casi todos los dispositivos, ya sea un teléfono móvil o un hervidor eléctrico con capacidad para acceder a Internet. Ahora se utilizan amplificadores tradicionales para amplificar las señales de radio, pero durante mucho tiempo ha existido la idea de que, en lugar de una corriente de electrones, se pueden utilizar ondas acústicas de alta frecuencia.

Los primeros amplificadores acústicos de señales de radio aparecieron en los años 70 del siglo pasado. Estos eran dispositivos relativamente grandes, cuyo área de chips alcanzaba un centímetro cuadrado, su operación requería un alto potencial eléctrico del orden de 2 mil voltios, y durante la operación generaban una gran cantidad de calor, lo que negativamente afectó la cantidad de energía consumida, que fue de 500 mW.

El nuevo amplificador acústico es un amplificador de 276 MHz. En su fabricación se utilizó una capa de un material semiconductor, arseniuro de galio-indio, con un espesor de tan solo 83 átomos, y una capa de un material piezoeléctrico comparable en espesor, el niobato de litio. Como resultado, toda la estructura del amplificador cabe en un área de 0.5 milímetros cuadrados, funciona a un voltaje de 36 voltios y consume solo 20 mW de energía. Al mismo tiempo, el nuevo amplificador proporciona una ganancia de señal de radio 100 veces mayor que los dispositivos similares de generaciones anteriores.

Un amplificador similar que opere en la banda de 2 GHz, que actualmente se usa en comunicaciones celulares, tendrá un tamaño aún más pequeño, podrá caber en un área de 0.02 milímetros cuadrados, que es aproximadamente 10 veces más pequeño que los modernos existentes. soluciones

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Además, el op-amp se caracteriza por una baja densidad de ruido de 7,5 nV/Hz y un consumo de corriente de no más de 950 μA. La combinación de estas características cumple con los requisitos de características estáticas y dinámicas de filtrado, adquisición de datos y sistemas de voltaje único.

El amplificador operacional se puede utilizar en sensores y etapas de procesamiento de señales, dispositivos de comunicación inalámbrica, dispositivos médicos, equipos de prueba portátiles y equipos de audio de consumo.

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