Математична модель rail-to-rail операційного підсилювача. Аналіз стабільності таких операційних підсилювачів в схемах ємнісних драйверів. Розробка та дослідження низки вузлів сигнальних перетворювачів мікроелектронних сенсорних пристроїв ємнісного типу.
Аннотация к работе
АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук СИГНАЛЬНІ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ ЄМНІСНИХ СЕНСОРНИХ ПРИСТРОЇВ НА ОСНОВІ ТВЕРДОТІЛЬНИХ ІНТЕГРАЛЬНИХ СХЕМ НИЗЬКОВОЛЬТНИХ RAIL-TO-RAIL ОПЕРАЦІЙНИХ ПІДСИЛЮВАЧІВЗ дисертацією можна ознайомитись в науковій бібліотеці Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича (м. Дисертацію присвячено особливостям застосування операційних підсилювачів rail-to-rail типу в сигнальних перетворювачах мікроелектронних сенсорних пристроїв ємнісного типу. Принципово новизною rail-to-rail операційних підсилювачів є інтегрування у вхідному колі двох каскадів на взаємно протилежному за типом провідності низькопорогових МДН транзисторах, що дозволило вирішити проблему розширення розмаху вхідного та вихідного сигналів практично до величини напруги живлення схеми. В дисертації створено математичну модель rail-to-rail операційного підсилювача, дано аналіз стабільності таких операційних підсилювачів в схемах ємнісних драйверів, розроблено та досліджено низку вузлів сигнальних перетворювачах мікроелектронних сенсорних пристроїв ємнісного типу. Ключові слова: rail-to-rail операційні підсилювачі, сигнальні перетворювачі мікроелектронних сенсорних пристроїв ємнісного типу.На відміну від пристроїв вимірювання фізичних величин попереднього покоління, сучасні сенсори характеризуються органічним поєднанням давача (первинного вимірювального перетворювача) та схеми подальшого перетворення сигналу (сигнального вторинного перетворювача), технологіями масового виготовлення (здебільшого на основі твердотільних інтегральних схем), а також структурно - схемними рішеннями, що забезпечують інтелектуалізацію процесу вимірювання. Сучасні rail-to-rail операційні підсилювачі забезпечують високі технічні характеристики при живленні низьковольтними джерелами 3 В і менше та споживають струм не більше 0.1 МА. Таким чином, задача розробки та дослідження сигнальних перетворювачів ємнісних сенсорних пристроїв на основі твердотільних інтегральних схем низьковольтних rail-to-rail операційних підсилювачів є актуальною, а вирішення цієї задачі дозволить підвищити характеристики вказаних пристроїв. Для досягнення поставленої мети необхідно було: § дослідити проблеми стабілізації параметрів та розширення функціональних можливостей сигнальних перетворювачів ємнісних сенсорних пристроїв на основі нового покоління мікропотужних низьковольтних rail-to-rail операційних підсилювачів; В результаті модельних та експериментальних досліджень схем ємнісних драйверів на rail-to-rail операційних підсилювачах показані причини їх нестабільного функціонування; запропоновано нове рішення драйверу для роботи з значним ємнісним навантаженням (понад 10 НФ), який розвязує вихід операційних підсилювачів від реактивного навантаження і, тим самим, забезпечує високу стабільність роботи схеми.У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і задачі проведених досліджень, представлені методи, обєкт і предмет досліджень, визначено наукову новизну отриманих результатів та їх практичне значення, наведені дані щодо апробації. Показано, що особливе значення в процесі розробки інтегрованих мікроелектронних пристроїв займають задачі перетворення сигналу, і зокрема, стабілізації режимів живлення, підсилення та нормалізації, придушення завад, нелінійні перетворення, синхронне детектування, фільтрування, аналого-цифрове перетворення. Їх використовують для побудови переважної більшості вузлів сигнальних перетворювачів ємнісних сенсорів дотику, тиску, деформації, переміщення, вологості тощо. Серед найбільш визначальних класів таких низьковольтних мікропотужних інтегральних схем необхідно відзначити серію високопрецизійних rail-to-rail операційних підсилювачів, зокрема, типу AD8551/52/54 (Zero-Drift Single-Supply Rail-to-Rail Input/Output Operational Amplifier) та мікроконвертерів, які інтегрують в своєму складі високопрецизійні аналого-цифрові перетворювачі, мікроконтролери, память та інтерфейси, зокрема типу MICROCONVERTER ADUC812, ADUC824 (базові типи).Зокрема, при використанні елементарних моделей функціонального типу неможливо досягти точності моделювання, а отже, такі спрощені моделі операційних підсилювачів можуть бути оправданими для розрахунків параметрів схем лише в першому наближенні. Для створення моделей операційних підсилювачів використовувалися елементарні джерела напруги V та струму I, а також їх керовані прототипи у форматах MICROCAP та SPICE: H - VOFI - джерело напруги кероване струмом VOUT = P?IIN; F - IOFI - джерело струму кероване струмом IOUT = P?IIN; E - VOFV - джерело напруги кероване напругою VOUT = P?VIN; G - IOFV - джерело струму кероване напругою IOUT = P?VIN (де: VIN - вхідна напруга, VOUT - вихідна напруга, IIN - вхідний струм, IOUT - вихідний струм, P - коефіцієнт маштабування).