NL7811001A

NL7811001A - Inrichting voor het meten van een grootheid die een veldeffekttransistor beinvloedt.

Info

Publication number: NL7811001A
Application number: NL7811001A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1978-11-06
Filing date: 1978-11-06
Publication date: 1980-05-08
Also published as: CH644448A5; DE2944364A1; SE435553B; FR2440599A1; AU5243879A; GB2035577B; SE7909093L; JPS59780B2; NL187546C; GB2035577A; AU531917B2; CA1123968A; FR2440599B1; US4267504A; DE2944364C2; JPS5566750A

Description

W ' ' r V/ PHN 9282 · N.V. Philips1 Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Inrichting voor het meten van een grootheid die een veldeffekttransistor beïnvloedt.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het meten van een grootheid die een veldeffekttransistor béïnvloedt, die een aanvoer- en * een afvoerelektrode bevat, welke elektroden verbonden 5 zijn met aansluitpunten van een meetschakeling, zodanig dat veranderingen van de weerstand tussen die elektroden de uitgangsspanning van de meetschakeling beïnvloeden.

Een voorbeeld van een dergelijke inrichting is beschreven ii het tijdschrift "IEEE Trans-10 actions on Biomedical Engineering", vol. BME-19, No. 5, 1

September 1972, bladzijden 3^2-351· In dit voorbeeld is de veldeffekttransistor een iönengevoelige veldeffekttransistor en de tè meten grootheid de concentratie van bepaalde ionen in een vloeistof. v' 15 Een nadeel van veldeffekttransistoren is, dat zij, behalve voor de te meten grootheid ook gevoelig zijn voor de omgevingstemperatuur. Nu is het weliswaar in beginsel mogelijk, een tweede temperatuurgevoelig ΐ element in de nabijheid van de veldeffekttransistor op 20 te stellen teneinde eeft afzonderlijke indicatie van de temperatuur te verkrijgen, maar dan bestaat altijd onzekerheid over de vraag, of de beide elementen steeds precies dezelfde temperatuur hebben en of zij op precies dezelfde wijze op temperatuurveranderingen reageren.

25 Een zeer nauwkeurige en betrouwbare temperatuurcompensa-tie is dus niet goed mogelijk.

De uitvinding heeft tot doel, een inrichting van de in de aanhef genoemde, soort te verschaf- 78 1 1 0 0 1 - 2 - PHN 9282 .»1 ! fen, waarbij een temperatuurcompensatie met aanzienlijk grotere betrouwbaarheid en nauwkeurigheid mogelijk is dan bij de bekende inrichting.

De inrichting volgens de uitvinding 5 heeft daartoe het kenmerk, dat aan de veldeffekt- transistor een hulpsignaal wordt toegevoerd, waarvan de frequentie ligt buiten het frequentiegebied, waarin veranderingen van de te meten grootheid zich afspelen, en dat de meetschakeling voorzien is van middelen voor 10 het scheiden van signalen met de frequentie van het hulpsignaal en signalen binnen het genoemde frequentiegebied.

Een voorkeursuitvoering van de inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de te 15 meten grootheid via een eerste ingang en het hulpsignaal via een tweede ingang aan de veldeffekttransistor wordt toegevoerd.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekening. Hierin is 20 Pig. 1 een schakelschema van een uitvoe- ringsvoorbeeld van een inrichting volgens de uitvinding en

Pig. 2 een weergave van meetkrommen die met een dergelijke inrichting verkregen zijn.

25 De in Fig. 1 afgeheelde inrichting bevat een veldeffekttransistor 1 voor het meten van ionenactiviteit in een vloeistof, zoals bijvoorbeeld beschreven is in het geciteerde artikel in ’’IEEE Transactions on Biomedical Engineering” of in het 30 Nederlandse inzageschrift 7602619· In de vloeistof bevindt zich verder een geaarde referentie-elektrode 3·

De inrichting bevat voorts een instrumen-tatieversterker 5 die op zichzelf bekend is (zie ”Archiv für technische Messen, Blatt Z 63^3-6 van April 1973) 35 en derhalve niet nader toegelicht behoeft te worden.

De veldeffekttransistor 1 is via met zijn aan-, 78 1 1 0 0 1 • " * ,: ;v ;::i 5* - 3 - >-.'; - PHN 9282 respektievelijk afvoerelektrode verbonden geleiders 7 en 9 als variabele weerstand opgenomen in de schakeling , van de instrumentat léversterker 5» en wel tussen de aansluitpunten 8, respektievelijk 10 daarvan, zodat de 5 weerstand tussen de aan- en afvoerelektroden de verster king van de instrumentatieversterker beïnvloedt. De via geleiders 11 en 13 toegevoerde ingangsspanning van de instrumentatieversterker wordt gevormd door de spanning over een weerstand 15 die vanuit een stroombron 17 10 gevoed wordt met een constante stroom I. Deze spanning is derhalve constant, zodat de spanning op de uitgang 19 uitsluitend afhangt van de weerstand van de veld-effekttransistor 1. Deze uitgangsspanning wordt aan een verschilversterker 21 toegevoerd en vergeleken met 15 een via een geleider 23 eveneens aan deze verschilver sterker toegevoerde instelbare referentiespanning Vref Een terugkoppelcondensator 25 bepaalt de afsnijfre-quentie van de verschilversterker 21. *

De uitgangsstroom van de verschilver-20 sterker 21 vloeit door een spanningsdeler die gevormd wordt door een vaste weerstand 27 en een variabele weerstand 29 hetgeen op bekende wijze een tegenkoppeling van de door de versterkers 5 en 21 gevormde schakeling teweeg brengt. Over de weerstand 29 wordt dan een 25 uitgangsspanning Vq gemeten die afhangt van de te meten grootheid X, i.c. de ionenactiviteit, van de temperatuur T van de ve 1de ffek't translat or .-1 , van de referentiespanning V ^ en van de verhouding tussen de weerstanden ref 27 en 29. Door het kiezen van de referentiespanning V 30 kan een nulpunt voor de meting worden ingesteld, terwijl met de weerstand 29 de gevoeligheid kan worden bepaald.

Voor het bepalen van de invloed van de temperatuur T is het substraat van de veldeffekttran-sistor 1 door middel van een elektrodeaansluiting 31 via 35 een transformator 33 verbonden met een spanningsbron 35 _die aan de veldeffekttransistor een hulpsignaal toevoert, 78 1 1 0 0 1 ,τ* · _ 4 _ ΡΗΝ 9282 waarvan de frequentie ligt buiten het frequentiegebied waarin veranderingen van de te meten grootheid X zich afspelen. De condensator 25 is bijvoorbeeld zo gekozen, dat de verschilversterker 21 signalen tot 3 kHz verwerkt, 5 terwijl de frequentie van het hulpsignaal 30 kHz is.

Het hulpsignaal beïnvloedt evenals de te meten grootheid de weerstand van de veldeffekttransistor 1. Het signaal op de uitgang 19 van de instrumentatie-versterker 5 is dus samengesteld uit een laagfrequente 10 component die van de te meten grootheid X afhangt en een hoogfrequente component die van het hulpsignaal afhangt. Beide componenten zijn bovendien op dezelfde wijze afhankelijk van de temperatuur T van de veldeffekt-transistor. De uitgang 19 is behalve met de verschil-15 versterker 21 verbonden met de ingang van een op zichzelf bekende detector 37 die is ingericht voor het meten van de amplitude van signalen met de frequentie van het hulpsignaal. Aan de uitgang van deze detector verschijnt derhalve een spanning Vgb die behalve van de constante waarde van het hulpsignaal uitsluitend van de temperatuur 2o T van de veldeffekttransistor 1 afhangt. Bij een verandering van deze temperatuur zullen de spanningen YQ en Vgb dus op identieke wijze veranderen.

Ter illustratie van het bovenstaande toont Fig. 2 het verloop van de beide spanningen als 25 functie van de tijd, waarbij de kromme voor Vgb met een kleine vertraging weergegeven is om ter wille van de duidelijkheid te voorkomen dat de beide krommen gedeeltelijk zouden samenvallen. Het betreft in dit geval een opstelling, waarbij de veldeffekttransistor een zoge-30 naamde MOS-transistor is met een poortelektrode, waaraan een spanning toegevoerd kan worden, die de ingangsgroot-heid X vormt.

Op de tijdstippen t^ en t2 werd de transistor kortstondig verwarmd, waardoor de beide 35 spanningen V en Vc, op dezelfde wijze stegen. Op de tijd-

ODD

7811001

Claims

5 Het zal duidelijk zijn, dat, wanneer de spanning Vgk met θθη geschikt gekozen factor A versterkt (verzwakt) wordt en de spanningen vervolgens van elkaar afgetrokken worden, de resulterende spanning Vo(X, T) - A.VSb(T) uitsluitend van de te meten 10 grootheid X en niet meer van de temperatuur afhangt. | Deze bewerking kan met een op zichzelf bekende verschil-versterker (niet getekend) worden uiitgevoerd. Desgewenst kan de spanning V ook gebruikt worden voor bijvoorbeeld Ou het besturen van de referentiespanning V °£ voor het 15 besturen van een (niet getekende) versterker waarmee VQ verder versterkt wordt. De in Fig. 1 weergegeven inrichting is t slechts een voorbeeld en kan op vele punten gewijzigd worden. In plaats van de getekende instrumentatiever-20 sterker 5 en verschilversterker 21 kan elke andere geschikte meetschakeling toegepast worden. Voorbeelden van zulke schakelingen zijn te vinden in het genoemde artikel in "IEEE Transactions on Biomedical Engineering". Ook het toevoeren van het hulpsignaal kan 25 op andere dan de aangegeven wijze gebeuren, bijvoorbeeld door de veldeffekttraheistor te bestralen met gemoduleerd licht of door in het geval van een MOS transistor het signaal via een poortelektrode toe te voeren.

1. Inrichting voor het meten van een grootheid die een veldeffekttraneistor beïnvloedt, die een aanvoeren een afvoerelektrode bevat, welke elektroden ver- s bonden zijn met aan sluitpunten van een meetschakeling, zodanig, dat veranderingen van de weerstand tussen die 35 elektroden de uitgangsspanning van de meetschakeling __beïnvloeden, met het kenmerk, dat aan de veldeffekt- '_____________'______________ . '_______________________ _________________________________________________________________________________________J' 781 1 0 0 1 t ::7j· -6 - PHN 9282 transistor (l) een hulpsignaal wordt toegevoerd, waarvan de frequentie ligt buiten het frequentiegebied, waarin veranderingen van de te meten grootheid zich afspelen, en dat de meetschakeling voorzien is van middelen 5 (21, 37) voor het scheiden van signalen met de frequentie van het hulpsignaal en signalen binnen het genoemde frequentiegebied.

2. Inrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de te meten grootheid via een eerste ingang 10 en het hulpsignaal via een tweede ingang aan de veld- ! effekttransistor (l) wordt toegevoerd.

3. Inrichting volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat de tweede ingang van de veldeffekttransis-tor (1) gevormd wordt door een met het substraat van 15 die transistor verbonden elektrische aansluiting (31)· 78 1 1 0 0 1