Julien Happich
EE Times Europe
Британское подразделение американской компании Raytheon совместно с Ньюкаслским университетом разработала карбид-кремниевую усилительную схему с характеристиками подобными операционному усилителю, имеющую коэффициент усиления 200 при температуре 400 °C.
Если такой усилитель изготовить в виде законченного герметизированного устройства, он найдет широкое применение в контурах регулирования множества индустриальных приложений, работающих в особо тяжелых условиях, таких как аэрокосмическая промышленность, нефте- и газодобыча, а также оборудование для геотермальной и ядерной энергетики.
«До настоящего времени карбид кремния привлекал внимание лишь разработчиков силовой электроники из-за способности материала хорошо рассеивать генерируемое внутреннее тепло, – говорит доктор Алтон Хорсфол, преподаватель полупроводниковой технологии Университета Ньюкасла. – Однако в этом проекте мы сосредоточились на создании схемы, которая могла бы работать в условиях высоких температур и других неблагоприятных факторов окружающей среды. Это позволило бы устанавливать схемы мониторинга состояния на газовых турбинах или внутри первичного контура теплоносителя ядерного реактора, температура которых составляет примерно 350 °C».
Сердцем усилителя является малосигнальный полевой транзистор с горизонтальной структурой и управляющим p-n переходом. Благодаря отсутствию подзатворного окисла такая структура обеспечивает значительное повышение надежности при работе в неблагоприятных условиях окружающей среды. Кроме того, это улучшает стабильность порогового напряжения и снижает собственные шумы, делая подобные структуры особенно подходящими для реализации высокотемпературных малошумящих усилительных схем. Созданная схема представляет собой полностью дифференциальный трехкаскадный усилитель с выходным истоковым повторителем, оптимизированный для работы с источником питания ±15 В. Устройство можно доработать, чтобы повысить напряжение питания до ±45 В, увеличив, таким образом, запас схемы по напряжению.
Лабораторные исследования показали, что при комнатной температуре схема имеет коэффициент усиления более 1500. По словам Хорсфола, верхний температурный диапазон 400 °C был ограничен только используемыми пассивными компонентами. Такая интеграция монолитного карбид-кремниевого операционного усилителя может положить начало коммерческому использованию высокотемпературных схем.
