Низкотемпературный мультидифференциальный операционный усилитель

Abstract

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.