CH644448A5

CH644448A5 - Anordnung zur messung einer physikalischen groesse, die einen feldeffekttransistor beeinflusst.

Info

Publication number: CH644448A5
Application number: CH988279A
Authority: CH
Inventors: Piet Bergveld
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1978-11-06
Filing date: 1979-11-02
Publication date: 1984-07-31
Also published as: GB2035577A; DE2944364A1; NL187546C; JPS59780B2; GB2035577B; JPS5566750A; AU531917B2; CA1123968A; SE7909093L; NL7811001A; FR2440599B1; AU5243879A; SE435553B; US4267504A; DE2944364C2; FR2440599A1

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Änord- wie die zu messende Grösse beeinflusst auch das Hilfssi-

nung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der ein 50 den Widerstand des Feldeffekttransistors 1. Das Signal Temperaturausgleich mit wesentlich grösserer Zuverlässigkeit am Ausgang 19 des Instrumentierungsverstärkers 5 ist also und Genauigkeit als bei der bekannten Anordnung möglich aus einer niederfrequenten Komponente, die von der zu mes-ist. Die Aufgabe wird bei der erfindungsgemässen Anord- senden Grösse X abhängig ist, und aus einer niederfrequenten nung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs Komponente, zusammengesetzt, die vom Hilfssignal abhän-1 angeführten Merkmale gelöst. 55 gjg jst Beide Komponenten sind ausserdem auf gleiche Weise

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfmdungsgemäs- von der Temperatur T des Feldeffekttransistors abhängig, sen Anordnung ist im Patentanspruch 2 angeführt. Der Ausgang 19 ist ausser mit dem Differenzverstärker 21 mit

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend dem Eingang eines an sich bekannten Detektors 37 verbun-an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen den, der zur Messung der Amplitude von Signalen mit der

Fig. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer er- eo Frequenz des Hilfssignals eingerichtet ist. Am Ausgang dieses fmdungsgemässen Anordnung, und Detektors erscheint daher eine Spannung VSb, die ausser vom

Fig. 2 eine Darstellung von Messkurven, die mit einer der- konstanten Wert des Hilfssignals ausschliesslich von der artigen Anordnung erhalten wurden. Temperatur T des Feldeffekttransistors 1 abhängig ist. Bei ei-

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung enthält einen Feldef- ner Änderung in dieser Temperatur ändern sich also die fekttransistor 1 zur Messung von Ionenaktivität in einer Flüs- es Spannungen V0 und Vsb auf identische Weise.

sigkeit, wie sie beispielsweise in der herangezogenen Veröf- Zur Veranschaulichung obiger Beschreibung stellt Fig. 2

fentlichung in «IEEE transactions on Biomedicai Enginee- den Verlauf der beiden Spannungen als Funktion der Zeit ring»» oder in der niederländischen Offenlegungsschrift dar, wobei die Kurve für VSb mit einer geringen Verzögerung

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A t dargestellt ist, um der Deutlichkeit halber zu vermeiden, mit einem an sich bekannten Differenzverstärker (nicht dar-

dass die beiden Kurven teilweise zusammenfallen würden. Es gestellt) ausgeführt werden. Nach Bedarf kann die Spannung betrifft in diesem Fall eine Anordnung, bei der der Feldeffekt- VSb auch beispielsweise zur Steuerung der Referenzspannung transistor ein sogenannter MOS-Transistor mit einer Gatter- Vref oder zur Steuerung eines (nicht dargestellten) Verstärkers elektrode ist, der eine Spannung zugeführt werden kann, die 5 benutzt werden, mit dem VG weiter verstärkt wird:

die Eingangsgrösse X bildet. Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung ist nur ein Beispiel

Zu den Zeitpunkten tj und t2 wurde der Transistor kurz- und kann an vielen Punkten geändert werden. Statt des darge-zeitig erwärmt, wodurch die beiden Spannungen V0 und Vsb stellten Instrumentierungsverstärkers 5 und des Differenzverauf gleiche Weise anstiegen. Zu den Zeitpunkten t3 und t4 stärkers 21 kann jede andere geeignete Messschaltung verwurde eine negative bzw. positive Spannung der Gatterelek- 10 wendet werden. Beispiele derartiger Schaltungen sind in der trode zugeführt, wobei sich die Spannung V0 änderte, wäh- erwähnten Veröffentlichung «IEEE Transactions on Biome-rend die Spannung Vsb nicht ansprach. dical Engineering» genannt.

Es wird klar sein, dass, wenn die Spannung Vs b mit einem geeignet gewählten Faktor A verstärkt (geschwächt) wird und Auch das Zuführen des Hilfssignals kann auf andere als die Spannungen anschliessend voneinander abgezogen wer- 15 die angegebene Weise erfolgen, beispielsweise durch Anstrah-

den, die sich ergebende Spannung V0 (X,T) - A.VSb(T) aus- len des Feldeffektransistors mit moduliertem Licht oder bei schliesslich von der zu messenden Grösse X und nicht mehr einem MOS-Transistor durch Zuführen des Signals über eine von der Temperatur abhängig ist. Diese Bearbeitung kann Gatterelektrode.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE 7 602 619 beschrieben ist. In der Flüssigkeit befindet sich wei-

1. Anordnung zur Messung einer physikalischen Grösse, ter eine geerdete Referenzelektrode 3.

die einen Feldeffekttransistor beeinflusst, der eine Source- Die Anordnung enthält weiter einen Instrumentierungsund eine Drainelektrode enthält, welche mit Anschlusspunk- Verstärker 5, der an sich bekannt ist (siehe «Archiv für techni-ten einer eine Ausgangsspannung erzeugenden Messschaltung 5 sches Messen, Blatt Z 6343-6 vom April 1973) und daher derart verbunden sind, dass Änderungen im Widerstand zwi- nicht näher erläutert zu werden braucht. Der Feldeffekttran-schen diesen Elektroden die Ausgangsspannung der Mess- sistor 1 ist über mit seiner Source-, bzw. Drainelektrode ver-schaltung beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass der bundene Leiter 7 und 9 als variabler Widerstand in die Schal-Feldeffekttransistor (1) mit einer Spannungsquelle (35) ver- tung des Instrumentierungsverstärkers 5 zwischen den An-bunden ist, die zur Erzeugung eines Hilfssignals ausgebildet i0 Schlusspunkten 8 bzw. 10 aufgenommen, so dass der Widerist, dessen Frequenz ausserhalb des Frequenzbereichs liegt, in stand zwischen den Source- und Drainelektroden die Verstär-dem Änderungen der zu messenden Grösse auftreten, und kung des Instrumentierungsverstärkers beeinflusst. Die über dass die Messschaltung mit Mitteln (21,37) zum Trennen von die Leiter 11 und 13 zugeführte Eingangsspannung des InSignalen mit der Frequenz des Hilfssignals und von Signalen strumentierungsverstärkers wird durch die Spannung an ei-im erwähnten Frequenzbereich versehen ist. 15 nem Widerstand 15 gebildet, der aus einer Stromquelle 17 mit
2. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, einem konstanten Strom I gespeist wird. Diese Spannung ist dass die Spannungsquelle (35) mit einem von der zu messen- daher konstant, so dass die Spannung am Ausgang 19 aus-den Grösse nicht beeinflussten Eingang (31) des Feldeffekt- schliesslich vom Widerstand des Feldeffekttransistors 1 ab-transistors (1) verbunden ist. hängig ist. Diese Ausgangsspannung wird einem Differenz-
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, 20 Verstärker 21 zugeführt und mit einer über einen Leiter 23 dass der von der zu messenden Grösse nicht beeinflusste Ein- ebenfalls diesem Differenzverstärker zugeführten einstellba-gang des Feldeffekttransistors (1) durch einen mit dem Sub- ren Referenzspannung Vref verglichen. Ein Rückkopplungs-strat des Feldeffekttransistors verbundenen elektrischen An- kondensator 25 bestimmt die Abschneidfrequenz des Diffe-schluss (31) gebildet ist. renzverstärkers 21.

25 Der Ausgangsstrom If des Differenzverstärkers 21 durch-fliesst einen Spannungsteiler, der von einem festen Widerstand 27 und von einem variablen Widerstand 29 gebildet Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung einer wird, was auf bekannte Weise eine Gegenkopplung der vom physikalischen Grösse, die einen Feldeffekttransistor beein- Feldeffektransistor 1 und von den Verstärkern 5 und 21 gebil-flusst, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. 30 deten Schaltung bewirkt. Am Widerstand 29 wird dabei eine

Ein Beispiel einer derartigen Anordnung ist in der Zeit- Ausgangsspannung V0 gemessen, die von der zu messenden schrift «IEEE Transactions on Biomedicai Engineering», Grösse X, d.h. der Ionenaktivität, von der Temperatur T des Vol. BME-19, Nr. 5, September 1972, S. 342... 351 beschrie- , Feldeffekttransistors 1, von der Referenzspannung Vref und ben. In diesem Beispiel ist der Feldeffekttransistor ein ionen- vom Verhältnis zwischen den Widerständen 27 und 29 abhän-empfmdlicher Feldeffekttransistor und die zu messende 35 gjg jst. Durch die Wahl der Referenzspannung Vref kann ein Grösse ist die Konzentration bestimmter Ionen in einer Flüs- Nullpunkt für die Messung eingestellt werden, während mit sigkeit. dem Widerstand 29 die Empfindlichkeit bestimmt werden

Ein Nachteil von Feldeffekttransistoren ist, dass sie ausser kann.

für die zu messende Grösse auch für die Umgebungstempera- Für die Bestimmung des Einflusses der Temperatur T ist tur empfindlich sind. Zwar ist es grundsätzlich möglich, ein 40 das Substrat des Feldeffekttransistors 1 mit Hilfe eines Elek-zweites temperaturempfindliches Element in der Nähe des trodenanschlusses 31 über einen Transformator 33 mit einer Feldeffekttransistors anzuordnen, um eine getrennte Anzeige Spannungsquelle 35 verbunden, die dem Feldeffekttransistor der Temperatur zu erhalten, aber dabei besteht immer Unge- ein Hilfssignal zuführt, dessen Frequenz ausserhalb des Fre-wissheit über die Frage, ob die beiden Elemente stets genau quenzbereichs liegt, in dem Änderungen in der zu messenden die gleiche Temperatur haben und ob sie auf genau dieselbe 45 Grösse X auftreten. Der Kondensator 25 ist beispielsweise so Weise auf Temperaturänderungen ansprechen. Ein sehr ge- gewählt, dass der Differenzverstärker 21 Signale bis zu 3 kHz nauer und zuverlässiger Temperaturausgleich ist daher nicht verarbeitet, während die Frequenz des Hilfssignals 30 kHz gut möglich. beträgt.