PL178242B1 - Regulator punktu pracy czujnika chemicznego typu jonoczuły tranzystor polowy ISFET - Google Patents
Regulator punktu pracy czujnika chemicznego typu jonoczuły tranzystor polowy ISFETInfo
- Publication number
- PL178242B1 PL178242B1 PL96312822A PL31282296A PL178242B1 PL 178242 B1 PL178242 B1 PL 178242B1 PL 96312822 A PL96312822 A PL 96312822A PL 31282296 A PL31282296 A PL 31282296A PL 178242 B1 PL178242 B1 PL 178242B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- source
- bridge
- drain
- sensor
- isfet
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 7
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 4
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 claims description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 abstract 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 239000003251 chemically resistant material Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000447 pesticide residue Substances 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Regulator punktu pracy czujnika che- micznego typu jonoczuly tranzystor polowy ISFET, stabilizujacy prad drenu i napiecie dren - zródlo, znamienny tym, ze zbudowany jest w postaci mostka, którego trzy ramiona stanowia rezystory (R1, R2 i R3), a czwarte ramie mostka stanowi opornosc przejscia dren-zródlo (RD S ) pomiedzy drenem (D) i zródlem (S) czujnika typu ISFET, natomiast do przekatnej mostka, z jednej strony polaczo- nej ze zródlem (S) czujnika, dolaczone jest zródlo zasilania (Zn ) w postaci plywajacego wzgledem potencjalu zerowego zródla napie- cia, a do drugiej przekatnej mostka dolaczone sa wejscia wzmacniacza operacyjnego (W), którego wyjscie polaczone jest ze zródlem (S) czujnika ISFET. PL
Description
Przedmiotem wynalazkuj est regulator punktu pracy czujnika chemicznego typujonoczuły tranzystor połowy ISFET. Regulator taki stanowi elektroniczny układ do zasilania, wyboru i stabilizacji punktu pracy czujnika oraz do przetwarzania sygnału pomiarowego na proporcjonalny do niego sygnał napięciowy.
Czujnik chemiczny typu ISFET, zbudowany na strukturze tranzystora polowego MOSFET, ma wyprowadzone dwie elektrody zasilające, dren i źródło. Trzecia elektroda - bramka która jest sterowana za pomocą elektrody odniesienia, jest pokryta membranąjonoselektywna, a całość jest starannie izolowana elektrycznie i hermetyzowana materiałem odpornym chemicznie.
Warunkiem poprawnej pracy czujnika w zakresie liniowym jest stabilny prąd drenu oraz stabilne napięcie między drenem i źródłem. Pomiar stężenia danychjonów odbywa się przy czujniku zanurzonym bramką w oznaczanym roztworze przy zanurzonej w tym roztworze elektrodzie odniesienia, która charakteryzuje się tym, ze ma stałą wartość różnicy potencjałów między zaciskiem a dowolnym roztworem. Elektroda odniesienia służy do podawania napięciowego sygnału pomiarowego na bramkę względem źródła. Zatem sygnałem pomiarowym jest potencjał źródła względem poziomu zerowego przy stałym prądzie drenu i stałym napięciu między drenem i źródłem. Potencjał ten jest proporcjonalny do logarytmu stężenia (ściślej aktywności) jonów w roztworze, a następnie przetworzony na sygnał napięciowy przez na przykład wtórnik źródłowy zbudowany na wzmacniaczu operacyjnym.
Istnieje wiele rodzajów układów elektronicznych współpracujących z czujnikiem typu jonoczuły tranzystor polowy ISFET, służących do regulacji punktu pracy tych czujników. Wszystkie znane układy są skomplikowane, zawierają dużą liczbę elementów, w tym wzmacniaczy operacyjnych i wysokostabilnych rezystorów. Najprostszy układ zawiera pięć wzmacniaczy operacyjnych. Najczęściej stosowany układ, opracowany przez holenderski zespół profesora Bergvelda, zawiera siedem wzmacniaczy.
Układ regulatora punktu pracy czujnika chemicznego typu jonoczuły tranzystor polowy ISFET według wynalazku zbudowany jest w postaci mostka, którego trzy ramiona stanowią rezystory, a do zacisków czwartego ramienia dołączone sąodpowiednio elektrody zasilające czujnika typu ISFET, to jest dren i źródło. Czwarte ramię mostka stanowi zatem oporność przejścia dren-źródło. Do przekątnej mostka, z jednej strony połączonej ze źródłem czujnika, dołączone jest źródło zasilania w postaci - pływającego względem potencjału zerowego - źródła napięcia. Do drugiej przekątnej mostka dołączone są wejścia wzmacniacza operacyjnego, którego wyjście połączone jest ze źródłem czujnika ISFET.
178 242
Regulator według wynalazku charakteryzuje się niezwykłąoszczędnością elementów elektronicznych, a dzięki temu większąniezawodnością, małymi gabarytami i niską cena. Jeden bowiem wzmacniacz pełni funkcję regulatora prądu drenu i napięcia dren-źródło oraz generuje napięciowy sygnał pomiarowy.
Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, przedstawiającym układ regulatora punktu pracy czujnika chemicznego typu ISFET.
Układ ten zbudowany jest w postaci mostka, którego trzy ramiona stanowią rezystory R1, R2 i R3, a do zacisków czwartego ramienia dołączone sąodpowiednio elektrody zasilające czujnika typu ISFET, tojest dren D i źródło S. Czwarte ramię mostka stanowi więc oporność przej ścia dren-źródło RDS. Do przekątnej mostka, z jednej strony połączonej ze źródłem S czujnika, dołączone jest źródło zasilania Zn w postaci pływającego względem potencjału zerowego źródła napięcia, którym w przykładzie wykonania jest dioda Zenera. Do drugiej przekątnej mostka dołączone są wejścia wzmacniacza operacyjnego W, którego wyjście połączone jest ze źródłem S czujnika ISFET.
Napięcia Uf i U2 na przekątnej mostka są porównywane za pomocą wzmacniacza operacyjnego W, który je zrównuje wyznaczając na swoim wyjściu napięcie Us odpowiadające potencjałowi źródła S względem potencjału zerowego, który jest przyłożony do bramki czujnika poprzez elektrodę odniesienia Eo i oznaczany roztwór. Ponieważ wyjście wzmacniacza W jest źródłem napięciowym, więc potencjał źródła S staje się źródłem napięciowym. Zmiana potencjału Us powoduje z kolei zmianę oporności przejścia Rds. Wartość potencjału Us a zarazem i oporności przejścia Rds ustalają się z chwilą, gdy mostek jest zrównoważony, to jest: Uj = U2, czyli spełnione równanie mostka:
Ri x Rds = R2 x R3
Zrównoważenie mostka powoduje w następstwie, że prąd drenu Id oraz napięcie Uds pomiędzy drenem D i źródłem S mają wartości wyznaczone jednoznacznie przez rezystory Rj, R2, R3 mostka i napięcie Uref źródła napięciowego Z„. Gdy zmieni się stężenie jonów w roztworze, automatycznie zmieni się napięcie Us, proporcjonalnie do logarytmu stężenia. Pozostałe parametry mostka, a więc i czujnika ISFET nie ulegają zmianie. „Pływający” charakter układu zasilania czujnika ISFET wynika z tego, że przyrostowi napięcia Us towarzyszy równy mu przyrost napięcia na elektrodach A i K napięciowego źródła Zn, mierzony również względem zera. Warunkiem „pływania” w zakresie pracy liniowej jest, aby każde z napięć zasilających regulator, czyli +V i -V, mierzonych względem zera, była większa od sumy napięć (UsmaX + Uref), a rezystory R4 i R5, ograniczające prąd zapewniały poprawną pracę źródła Zn.
Regulator w przykładzie wykonania dotyczy metody pomiarowej z uziemioną elektrodą odniesienia Eo, czyli z zerowym potencjałem bramki czujnika ISFET. Dzięki takiemu rozwiązaniu można mierzyć równocześnie stężenie kilku rodzajówjonów wjednym roztworze za pomocą kilku czujników zasilanych regulatorami według wynalazku, przy wykorzystaniujednej kosztownej elektrody odniesienia.
Regulator według wynalazku znajduje zastosowanie w jonometrach do pomiaru stężeńjonów wodorowych, potasowych, sodowych, wapniowych, amonowych i innych; w biosensorach do oznaczania stężenia mocznika, glukozy, pozostałości pestycydowych itp.
178 242
Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.
Cena 2,00 zł.
Claims (1)
- Zastrzeżenie patentoweRegulator punktu pracy czujnika chemicznego typu jonoczuły tranzystor polowy ISFET, stabilizujący prąd drenu i napięcie dren - źródło, znamienny tym, że zbudowany jest w postaci mostka, którego trzy ramiona stanowiąrezystory (R1, R2 i R3), a czwarte ramię mostka stanowi oporność przejścia dren-źródło (RDS) pomiędzy drenem (D) i źródłem (S) czujnika typu ISFET, natomiast do przekątnej mostka, z jednej strony połączonej ze źródłem (S) czujnika, dołączone jest źródło zasilania (Zn) w postaci pływającego względem potencjału zerowego źródła napięcia, a do drugiej przekątnej mostka dołączone są wejścia wzmacniacza operacyjnego (W), którego wyjście połączone jest ze źródłem (S) czujnika ISFET
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL96312822A PL178242B1 (pl) | 1996-02-15 | 1996-02-15 | Regulator punktu pracy czujnika chemicznego typu jonoczuły tranzystor polowy ISFET |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL96312822A PL178242B1 (pl) | 1996-02-15 | 1996-02-15 | Regulator punktu pracy czujnika chemicznego typu jonoczuły tranzystor polowy ISFET |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL312822A1 PL312822A1 (en) | 1997-08-18 |
| PL178242B1 true PL178242B1 (pl) | 2000-03-31 |
Family
ID=20066886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL96312822A PL178242B1 (pl) | 1996-02-15 | 1996-02-15 | Regulator punktu pracy czujnika chemicznego typu jonoczuły tranzystor polowy ISFET |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL178242B1 (pl) |
-
1996
- 1996-02-15 PL PL96312822A patent/PL178242B1/pl not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL312822A1 (en) | 1997-08-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Martinoia et al. | Modeling ISFET microsensor and ISFET-based microsystems: a review | |
| US6624637B1 (en) | Device for measuring the concentrations in a measuring liquid | |
| EP2295957B1 (en) | Digital signal processing circuit comprising an ion sensitive field effect transistor and method of monitoring a property of a fluid | |
| JPH0684949B2 (ja) | イオン濃度を測定する方法 | |
| JPH0418625B2 (pl) | ||
| US4851104A (en) | Instrument for potentiometric electrochemical measurements | |
| Goolsby et al. | Versatile solid-state potentiostat and amperostat | |
| EP0352537A2 (en) | Temperature compensation for potentiometrically operated isfets | |
| EP0798557A2 (en) | Gas sensor and method of measuring quantity of specific compounds in measuring gas | |
| US20200011830A1 (en) | Ph value measuring device comprising in situ calibration means | |
| JPS62130349A (ja) | 溶液中の物質の濃度を測定する装置 | |
| Liu et al. | Phosphate ion-sensitive coated-wire/field-effect transistor electrode based on cobalt phthalocyanine with poly (vinyl chloride) as the membrane matrix | |
| US7368917B2 (en) | Electronic circuit for ion sensor with body effect reduction | |
| US5602467A (en) | Circuit for measuring ion concentrations in solutions | |
| PL178242B1 (pl) | Regulator punktu pracy czujnika chemicznego typu jonoczuły tranzystor polowy ISFET | |
| Enke et al. | A versatile and inexpensive controlled potential polarographic analyzer | |
| Figaszewski et al. | System for electrochemical studies with a four-electrode potentiostat | |
| Guterman et al. | Determination of total dissolved sulfide in the pH range 7.5 to 11.5 by ion selective electrodes | |
| US3398064A (en) | Scanning coulometry method and apparatus | |
| US3838032A (en) | Compensated polarograph | |
| Emde | Electrochemical aspects of pH electrodes | |
| Tan et al. | ISFET readout circuit using flipped voltage follower with temperature compensation | |
| JPS6210156B2 (pl) | ||
| Martinoia et al. | An ISFET model for CAD applications | |
| Richter Jr | Automatic Coulometric Titrations Involving Amperometric End Point |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Decisions on the lapse of the protection rights |
Effective date: 20110215 |