Preview

Доклады БГУИР

Расширенный поиск

Низкотемпературный мультидифференциальный операционный усилитель

https://doi.org/10.35596/1729-7648-2021-19-5-52-60

Полный текст:

Аннотация

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.

Об авторах

О. В. Дворников
ОАО «Минский научно-исследовательский приборостроительный институт»
Беларусь

Доктор медицинских наук, доцент, главный научный сотрудник

Минск 



В. А. Чеховский
Институт ядерных проблем Белорусского государственного университета
Беларусь

Заведующий лабораторией «Электронные методы и средства эксперимента» НИУ

Минск 



В. Л. Дятлов
Институт ядерных проблем Белорусского государственного университета;
Беларусь

Младший научный сотрудник лаборатории электронных методов и средств эксперимента НИУ

Минск 



А. В. Кунц
Институт ядерных проблем Белорусского государственного университета; Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники
Беларусь

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



Н. Н. Прокопенко
Донской государственный технический университет
Россия

Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой информационных систем и радиотехники

Ростов-на-Дону



Список литературы

1. Patterson R.L., Elbuluk M., Hammoud A. Assessment of electronics for cryogenic space exploration missions. Cryogenics. 2006;46(2-3):231-236.

2. Дворников О.В., Прокопенко Н.Н., Пахомов И.В., Игнашин А.А., Бугакова А.В. Прецизионный радиационно-стойкий BIJFET операционный усилитель для низкотемпературных аналоговых интерфейсов датчиков. Глобальная ядерная безопасность. 2017;1(22):36-45.

3. Гулин А.И., Дворников О.В., Прокопенко Н.Н., Бугакова А.В. Проектирование радиационно-стойких BiJFET операционных усилителей для работы в аналоговых интерфейсах датчиков при низких температурах. Датчики и системы. 2017;12:3-10.

4. Dvornikov O.V., Tchekhovski V.А., Dziatlau V.L., Prokopenko N.N., Butyrlagin N.V. Design of LowTemperature DDOAs on the Elements of BiJFet Array Chip MH2XA030. Serbian Journal Of Electrical Engineering. June 2018;15(2):233-247.

5. Dvornikov O.V., Tchekhovski V.А., Prokopenko N.N., Bugakova A.V., Maliy I.V. Cryogenic Operational Amplifier on Complementary JFETs. Proceedings of IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2018), Kazan, Russia, September 14–17, 2018: 901-905.

6. Dvornikov O.V., Tchekhovski V.А., Prokopenko N.N., Bugakova A. V., Dziatlau V.L. Basic Parameters and Characteristics of the Op-Amp Based on the BiJFet Array Chip MH2XA030 Intended for the Design of Radiation-Hardened and Cryogenic Analog ICs. 2018 14th International Scientific technical Conference On Actual Problems Of Electronic Instrument Engineering (APEIE) – 44894. Proceedings, Novosibirsk, Russia, October 2–6, 2018: 200-207. DOI: 10.1109/APEIE.2018.8545562.

7. Dvornikov O.V., Tchekhovski V.А., Prokopenko N.N., Bugakova A.V., Dziatlau V.L. BiJFet Array Chip MH2XA030 – a Design Tool for Radiation-Hardened and Cryogenic Analog Integrated Circuits. 2018 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), October 22–23, 2018, St. Petersburg, Russia. DOI: 10.1109/EExPolytech.2018.8564415.WOS:000454986000003.

8. Прокопенко Н.Н., Дворников О.В., Будяков П.С. Основные свойства, параметры и базовые схемы включения мультидифференциальных операционных усилителей с высокоимпедансным узлом. Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы. 2014;2:51-62.

9. Dvornikov O.V., Tchekhovski V.A., Dziatlau V.L., Prokopenko N.N. The main characteristics of SiGe HBTs at low temperatures. Вісник Національного технічного університету України «КПІ». Серія Радіотехніка. Радіоапаратобудування. 2016;66:87-96.

10. Зайцев Ю.В., Громов В.С., Григораш Т.С. Полупроводниковые термоэлектрические преобразователи. Москва: Радио и связь; 1985.


Для цитирования:


Дворников О.В., Чеховский В.А., Дятлов В.Л., Кунц А.В., Прокопенко Н.Н. Низкотемпературный мультидифференциальный операционный усилитель. Доклады БГУИР. 2021;19(5):52-60. https://doi.org/10.35596/1729-7648-2021-19-5-52-60

For citation:


Dvornikov O.V., Tchekhovski V.A., Dziatlau V.L., Kunts A.V., Prokopenko N.N. Low temperature multi-differential operational amplifier. Doklady BGUIR. 2021;19(5):52-60. (In Russ.) https://doi.org/10.35596/1729-7648-2021-19-5-52-60

Просмотров: 86


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1729-7648 (Print)
ISSN 2708-0382 (Online)