Доктор медицинских наук, доцент, главный научный сотрудник
Минск
Dvornikov Oleg V., D.Sc., Associate Professor, Chief Research Scientist
Minsk
Заведующий лабораторией «Электронные методы и средства эксперимента» НИУ
Минск
Tchekhovski Vladimir A., Laboratory Manager of “Electronic Methods and Experiment Means” Laboratory of Research
Minsk
Младший научный сотрудник лаборатории электронных методов и средств эксперимента НИУ
Минск
Dziatlau Valiantsin L., Junior Researcher at Electronic Methods and Experiment Means Laboratory of Research
Minsk
Кунц Алексей Вадимович, аспирант Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, младший научный сотрудник лаборатории электронных методов и средств эксперимента НИУ «Институт ядерных проблем» Белорусского государственного университета
220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6
Kunts Aliaksei V., Postgraduate student at the Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics, Junior Researcher at Electronic Methods and Experiment Means Laboratory of Research Institute for Nuclear Problems of Belarusian State University
220013, Minsk, P. Brovki str., 6
Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой информационных систем и радиотехники
Ростов-на-Дону
Prokopenko Nikolay N., D.Sc., Professor, Head of the Information Systems and Radioelectronics Department
Rostov-on-Don
В статье рассмотрен мультидифференциальный операционный усилитель, названный OAmp3, предназначенный для работы при температуре до минус 197 °С и разработанный на биполярных и полевых транзисторах, управляемых p-n-переходом, базового матричного кристалла МН2ХА030. Схемотехнические особенности OAmp3 позволяют за счет применения различных цепей отрицательной обратной связи реализовать на одном усилителе необходимый для обработки сигнала набор функций: усиление (или преобразование ток – напряжение), фильтрацию, сдвиг постоянного уровня выходного напряжения. Выполненные измерения OAmp3, включенного по схеме инструментального усилителя, показали, что все изготовленные изделия сохраняют свою работоспособность в диапазоне температур от минус 150 °С до 20 °С, а отдельные образцы – при минус 197 °С. Установлено, что основной причиной потери работоспособности OAmp3 является увеличение сопротивления полупроводниковых резисторов почти в 5,4 раза при минус 197 °С по сравнению с нормальными условиями и уменьшение тока стока полевого транзистора, управляемого p-n-переходом. Совместно указанные факторы приводят к уменьшению тока потребления OAmp3 почти в 31 раз при минус 180 °С по сравнению с нормальными условиями. Для уменьшения температурной зависимости тока потребления и, таким образом, сохранения работоспособности OAmp3 при низких температурах без изменений технологического маршрута изготовления интегральных микросхем предложено заменить высокоомные полупроводниковые резисторы на «пинч-резисторы», сформированные на малосигнальном p-канальном полевом транзисторе, управляемом p-n-переходом. В статье приведена схема включения OAmp3 в виде инструментального усилителя, методика и результаты низкотемпературных измерений экспериментальных образцов.
A multi-differential operational amplifier, called OAmp3, designed for operation at temperatures up to minus 197 °С and developed on bipolar transistors and junction field-effect transistors of the master slice array МН2ХА030, is considered in the article. The circuitry features of the OAmp3 allow, due to the use of various negative feedback circuits, to implement a set of functions necessary for signal processing on a single amplifier: amplification (or current – voltage conversion), filtering, shift of the constant output voltage level. The performed measurements of OAmp3, connected as instrumentation amplifier circuit, showed that all manufactured products retain their performance in the temperature range from minus 150 °С to 20 °С, and individual samples – at minus 197 °С. It was found that the main reason for the loss of OAmp3 performance is an increase of the resistance of semiconductor resistors by almost 5.4 times at minus 197 °С compared to normal conditions and decrease in the junction field-effect transistor drain current. Together, these factors lead to decrease in the current consumption of the OAmp3 by almost 31 times at minus 180 °С compared to normal conditions. To reduce the temperature dependence of the current consumption and, thus, save the OAmp3 operability at low temperatures without changing the technological route of integrated circuits manufacturing, it is proposed to replace high-resistance semiconductor resistors with “pinch-resistors” formed on a small-signal p-junction field-effect transistor. The article presents the OAmp3 connection circuit in the form of an instrumental amplifier, the method and results of low-temperature measurements of experimental samples.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.