Мікроелектронний пристрій для вимірювання магнітної індукції

Реферат: Винахід належить до контрольно-вимірювальної техніки на основі напівпровідникової електроніки, зокрема вимірювання магнітної індукції у різноманітних пристроях і системах автоматичного контролю та управління. Мікроелектронний пристрій для вимірювання магнітної індукції містить двостоковий магніточутливий МОН-транзистор, джерело постійної напруги, два резистори, загальну шину та дві вихідні клеми, введені двозатворний МОН-транзистор, біполярний транзистор, шість резисторів, індуктивність та дві ємності, причому генератор електричних коливань утворений ємнісним елементом на основі двозатворного МОНтранзистора й біполярного транзистора та індуктивним елементом у вигляді зовнішньої індуктивності, а вихід пристрою утворений першим виводом індуктивності та загальною шиною, яка є заземленою. Технічним результатом винаходу є підвищення чутливості та точності вимірювання магнітної індукції. UA 105401 C2 (12) UA 105401 C2 UA 105401 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до області контрольно-вимірювальної техніки на основі напівпровідникової електроніки і може бути використаний для вимірювання магнітної індукції у різноманітних пристроях і системах автоматичного контролю та управління. Відомий пристрій для вимірювання магнітної індукції на основі біполярного магніточутливого транзистора [див. Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов. - М.: Советское радио, 1980. - С. 265-266, рис. 7.17], який містить біполярний магніточутливий транзистор, джерело постійної напруги, два резистори, загальну шину та дві вихідні клеми, причому перший полюс джерела постійної напруги з'єднаний із першим виводом першого резистора, другий вивід якого підключений до бази біполярного магніточутливого транзистора, колектор біполярного магніточутливого транзистора з'єднаний із першим виводом другого резистора, другий вивід якого утворює першу вихідну клему, емітер біполярного магніточутливого транзистора об'єднаний із другим полюсом джерела живлення у загальну шину, до якої підключена друга вихідна клема. Недоліком такого пристрою є його низька чутливість і точність вимірювання, оскільки при малих значеннях магнітної індукції зміна струму колектора біполярного магніточутливого транзистора є незначною. Найбільш близьким технічним рішенням є мікроелектронний вимірювач магнітної індукції на основі двостокового магніточутливого МОН-транзистора [див. Popovic R.S. Hall effect devices. 2nd ed. - Bristol; Philadelphia: Institute of Physics, 2004, p. 359-360, fig. 7.7], який містить двостоковий магніточутливий МОН-транзистор, два джерела постійної напруги, два резистори, загальну шину та дві вихідні клеми, причому перший полюс першого джерела постійної напруги з'єднаний із затвором двостокового магніточутливого МОН-транзистора, перший стік якого утворює першу вихідну клему та підключений до першого виводу першого резистора, а другий стік двостокового магніточутливого МОН-транзистора утворює другу вихідну клему та підключений до першого виводу другого резистора, другі виводи першого та другого резисторів з'єднані із першим полюсом другого джерела постійної напруги, підкладка двостокового магніточутливого МОН-транзистора з'єднана із його витоком, який об'єднаний із другими полюсами першого та другого джерел постійної напруги у загальну шину, яка є заземленою. Недоліком такого пристрою є його низька чутливість і точність вимірювання. Це пов'язано з тим, що при малих значеннях магнітної індукції зміна напруги між першим та другим стоками двостокового магніточутливого МОН-транзистора є незначною. В основу винаходу поставлена задача створення мікроелектронного пристрою для вимірювання магнітної індукції, в якому за рахунок введення нових елементів і зв'язків між ними досягається перетворення магнітної індукції у частоту, що приводить до підвищення чутливості та точності вимірювання магнітної індукції. Поставлена задача вирішується тим, що у мікроелектронний пристрій для вимірювання магнітної індукції, який містить двостоковий магніточутливий МОН-транзистор, джерело постійної напруги, два резистори, загальну шину та дві вихідні клеми, причому перший та другий стоки двостокового магніточутливого МОН-транзистора підключені до перших виводів першого та другого резисторів відповідно, підкладка двостокового магніточутливого МОН-транзистора з'єднана із його витоком, другий полюс джерела постійної напруги підключений до загальної шини, яка є заземленою, введені двозатворний МОН-транзистор, біполярний транзистор, шість резисторів, індуктивність та дві ємності, причому затвор двостокового магніточутливого МОНтранзистора з'єднаний із першими виводами першої ємності та третього резистора, витік двостокового магніточутливого МОН-транзистора з'єднаний із першим виводом четвертого резистора, перший стік двостокового магніточутливого МОН-транзистора підключений до першого виводу п'ятого резистора, другий вивід якого з'єднаний із другим стоком двостокового магніточутливого МОН-транзистора, першим виводом шостого резистора та другим затвором двозатворного МОН-транзистора, перший затвор якого з'єднаний із його стоком, першим виводом сьомого резистора та першим виводом індуктивності, який утворює першу вихідну клему, підкладка двозатворного МОН-транзистора з'єднана із його витоком та емітером біполярного транзистора, база якого з'єднана із другим виводом сьомого та першим виводом восьмого резисторів, другий вивід індуктивності з'єднаний із другими виводами третього, четвертого та шостого резисторів, першим полюсом джерела постійної напруги та першим виводом другої ємності, другий вивід якої з'єднаний із другими виводами першої ємності, першого, другого та восьмого резисторів, колектором біполярного транзистора та підключений до загальної шини, до якої підключена друга вихідна клема. На кресленні подано схему мікроелектронного пристрою для вимірювання магнітної індукції. Пристрій містить двостоковий магніточутливий МОН-транзистор 3, джерело постійної напруги 15, перший 8 та другий 6 резистори, загальну шину та дві вихідні клеми, причому 1 UA 105401 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 перший та другий стоки двостокового магніточутливого МОН-транзистора 3 підключені до перших виводів першого 8 та другого 6 резисторів відповідно, підкладка двостокового магніточутливого МОН-транзистора 3 з'єднана із його витоком, другий полюс джерела постійної напруги 15 підключений до загальної шини, яка є заземленою, введені двозатворний МОНтранзистор 9, біполярний транзистор 10, третій 1, четвертий 4, п'ятий 7, шостий 5, сьомий 11 та восьмий 12 резистори, індуктивність 13, перша 2 та друга 14 ємності, причому затвор двостокового магніточутливого МОН-транзистора 3 з'єднаний із першими виводами першої ємності 2 та третього резистора 1, витік двостокового магніточутливого МОН-транзистора 3 з'єднаний із першим виводом четвертого резистора 4, перший стік двостокового магніточутливого МОН-транзистора 3 підключений до першого виводу п'ятого резистора 7, другий вивід якого з'єднаний із другим стоком двостокового магніточутливого МОН-транзистора 3, першим виводом шостого резистора 5 та другим затвором двозатворного МОН-транзистора 9, перший затвор якого з'єднаний із його стоком, першим виводом сьомого резистора 11 та першим виводом індуктивності 13, який утворює першу вихідну клему, підкладка двозатворного МОН-транзистора 9 з'єднана із його витоком та емітером біполярного транзистора 10, база якого з'єднана із другим виводом сьомого 11 та першим виводом восьмого 12 резисторів, другий вивід індуктивності 13 з'єднаний із другими виводами третього 1, четвертого 4 та шостого 5 резисторів, першим полюсом джерела постійної напруги 15 та першим виводом другої ємності 14, другий вивід якої з'єднаний із другими виводами першої ємності 2, першого 8, другого 6 та восьмого 12 резисторів, колектором біполярного транзистора 10 та підключений до загальної шини, до якої підключена друга вихідна клема. Мікроелектронний пристрій для вимірювання магнітної індукції працює наступним чином. В початковий момент часу магнітна індукція не діє на двостоковий магніточутливий МОНтранзистор 3. Підвищенням напруги джерела постійної напруги 15, яка виконує роль напруги живлення, досягається така її величина, що на електродах стік двозатворного МОН-транзистора 9 і колектор біполярного транзистора 10 виникає від'ємний опір, який приводить до виникнення електричних коливань в контурі, який утворений паралельним включенням повного опору з ємнісною складовою на електродах стік двозатворного МОН-транзистора 9 і колектор біполярного транзистора 10 та повного опору з індуктивною складовою індуктивності 13. За рахунок вибору постійної напруги живлення здійснюється лінеаризація функції перетворення мікроелектронного пристрою для вимірювання магнітної індукції. Перший 8, другий 6, третій 1, четвертий 4, п'ятий 7, шостий 5, сьомий 11 та восьмий 12 резистори визначають режими живлення двостокового двозатворного магніточутливого МОН-транзистора 3, двозатворного МОН-транзистора 9 та біполярного транзистора 10 від джерела постійної напруги 15. Перша ємність 2 виконує роль термокомпенсації повного опору на електродах стік двозатворного МОНтранзистора 9 і колектор біполярного транзистора 10. Друга ємність 14 запобігає проходженню змінного струму через джерело постійної напруги 15. При наступній дії магнітної індукції на двостоковий магніточутливий МОН-транзистор 3 змінюється різницева напруга між його першим та другим стоками, внаслідок чого змінюється потенціал другого затвора двозатворного МОНтранзистора 9, що викликає зміну ємнісної складової повного опору на електродах стік двозатворного МОН-транзистора 9 і колектор біполярного транзистора 10, а це, в свою чергу, викликає зміну резонансної частоти коливального контуру, яка є інформативним параметром для вимірювання магнітної індукції. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Мікроелектронний пристрій для вимірювання магнітної індукції, який містить двостоковий магніточутливий МОН-транзистор, джерело постійної напруги, два резистори, загальну шину та дві вихідні клеми, причому перший та другий стоки двостокового магніточутливого МОНтранзистора підключені до перших виводів першого та другого резисторів відповідно, підкладка двостокового магніточутливого МОН-транзистора з'єднана із його витоком, другий полюс джерела постійної напруги підключений до загальної шини, яка є заземленою, який відрізняється тим, що введені двозатворний МОН-транзистор, біполярний транзистор, шість резисторів, індуктивність та дві ємності, причому затвор двостокового магніточутливого МОНтранзистора з'єднаний із першими виводами першої ємності та третього резистора, витік двостокового магніточутливого МОН-транзистора з'єднаний із першим виводом четвертого резистора, перший стік двостокового магніточутливого МОН-транзистора підключений до першого виводу п'ятого резистора, другий вивід якого з'єднаний із другим стоком двостокового магніточутливого МОН-транзистора, першим виводом шостого резистора та другим затвором двозатворного МОН-транзистора, перший затвор якого з'єднаний із його стоком, першим 2 UA 105401 C2 5 виводом сьомого резистора та першим виводом індуктивності, який утворює першу вихідну клему, підкладка двозатворного МОН-транзистора з'єднана із його витоком та емітером біполярного транзистора, база якого з'єднана із другим виводом сьомого та першим виводом восьмого резисторів, другий вивід індуктивності з'єднаний із другими виводами третього, четвертого та шостого резисторів, першим полюсом джерела постійної напруги та першим виводом другої ємності, другий вивід якої з'єднаний із другими виводами першої ємності, першого, другого та восьмого резисторів, колектором біполярного транзистора та підключений до загальної шини, до якої підключена друга вихідна клема. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3