Адрес для переписки:Минский научно-исследовательский приборостроительный институт,ул. Я. Коласа, 73,г. Минск 220113, Беларусь e-mail: oleg.dvornikov@mnipi.by
Address for correspondence:Dvornikov O.V. Ya. Kolas str., 73, Minsk 220113, Belarus
e-mail: oleg.dvornikov@mnipi.by
ул. Бобруйская, 11,г. Минск 220006
Bobruiskaya str., 11,Minsk 220006
В различных областях приборостроения необходима регистрация токов менее 10-12А или обработка сигналов датчиков, внутреннее сопротивление которых превышает сотни мегаом. Для указанных задач преимущественно применяют операционные усилители с входными полевыми транзисторами, управляемыми p-n-переходом и каналом n-типа (n-ПТУП). Однако, существует ряд ёмкостных датчиков с выходным сигналом в виде короткого токового импульса, для преобразования которого в напряжение используют зарядочувствительные усилители. Целью работы являлась разработка на базовом кристалле аналоговых микросхем с входным n-ПТУП, обеспечивающих обработку сигналов различных высокоомных датчиков. В статье приведены электрические схемы разработанных операционных и зарядочувствительных усилителей, рассмотрены их конструктивно схемотехнические особенности, проанализированы результаты схемотехнического моделирования, сформулированы рекомендации по выбору режима работы входного n-ПТУП зарядочувствительных усилителей для минимизации длительности фронта нарастания и уровня шумов с учётом сохранения работоспособности в диапазоне температур. В результате проведённых работ разработаны электрические схемы и топология на базовом кристалле комплекта микросхем с входным n-ПТУП, включающим операционный усилитель NJAmp1 с параметрами близкими к AD8625, маломощный операционный усилитель NJAmp2 для реализации повторителя напряжения подобного AD8244, ОУ NJAmp4 с входным током менее 5∙10-13 А и зарядочувствительный усилитель, допускающий регулировку тока стока входного n-ПТУП. Соединения разработанных устройств по типовой схеме инструментального усилителя на трёх операционных усилителях позволяют получить функциональный аналог микросхемы AD8220.
In various areas of instrument engineering, it is necessary to register currents less than 10-12А or process signals from sensors whose internal resistance exceeds hundreds of megaohms. For these tasks, operational amplifiers with input junction field-effect transistors and an n-type channel (n-JFET) are predominantly used. However, there are a number of sensors whose output signal is a short current pulse, for the conversion of which into voltage, charge-sensitive amplifiers are used. The aim of the work was to develop a set of analog microcircuits with an input n-JFET on a master chip, ensuring the processing of signals from various high-resistance sensors. The article presents the electrical circuits of the developed operational amplifiers and charge-sensitive amplifiers, considers their design and circuit features, analyzes the results of circuit simulation, and formulates recommendations for selecting the operating mode of the charge-sensitive amplifier input n-JFET to minimize the rise time and noise level, taking into account operability in the temperature range. As a result of the work carried out, electrical circuits and layout were developed for the master chip of a set of microcircuits with an input n-JFET was created, including the NJAmp1 operational amplifier with parameters close to the AD8625, a low-power NJAmp2 operational amplifier for implementing a voltage follower similar to the AD8244, the NJAmp4 operational amplifier with an input current of less than 5·10-13 А, and a charge-sensitive amplifier allowing adjustment of the drain current of the input n-JFET. Connections of the developed devices according to a typical circuit of an instrumentation amplifier on three operational amplifiers make it possible to obtain a functional analogue of the AD8220 microcircuit.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.