Cryogenic bipolar low noise dc amplifier for low frequency applications

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

A low-noise bipolar differential dc amplifier was studied at temperatures of 300 and 77 K. It was shown that to ensure the best amplifier performance in terms of noise figure when the operating temperature decreases from 300 to 77 K, it is advisable to use the transistor in the mode of low currents not exceeding 2 mA. It has been established that lowering the operating temperature to 77 K leads to a decrease in the input resistance of the amplifier from a value of several kiloohms to 100 Ohms, the dynamic range increases from 80 to 85 dB, and the harmonic coefficient increases from 0.09% to 1%. In addition, lowering the operating temperature to 77 K has a significant effect on the noise properties of the amplifier: the spectral density of voltage noise decreases from 1 to 0.4 nV/Hz1/2, the spectral density of current noise increases from 2.5 to 9 pA/Hz1/2, while also The threshold frequencies of 1/f noise increase: for voltage from (0.1...10) to 20 Hz and for current from (10...100) to 1000 Hz. The possibility of using an amplifier for low-temperature measurements of samples with low input resistance is substantiated.

全文:

受限制的访问

作者简介

I. Novikov

Novosibirsk State Technical University

Email: vostreczov@corp.nstu.ru
俄罗斯联邦, K. Marx avenue 20, Novosibirsk, 630073

D. Vol’khin

Novosibirsk State Technical University

Email: vostreczov@corp.nstu.ru
俄罗斯联邦, K. Marx avenue 20, Novosibirsk, 630073

A. Vostretsov

Novosibirsk State Technical University; Federal State Budgetary Institution of Science; Institute of Mining named after. N. A. Chinakala Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: vostreczov@corp.nstu.ru
俄罗斯联邦, K. Marx avenue 20, Novosibirsk, 630073; Krasny Ave., 54, Novosibirsk, 630091

参考

  1. Howard R.M. // Proc. 1998 Conf. on Optoelectronic and Microelectronic Materials and Devices, Perth, WA, Australia, P. 179.
  2. Menolfi C., Huang Q. // IEEE J. Solid-State Circuits. 1997. V. 3. № 7. P. 968.
  3. Ciofi C., De Marines M., Neri B. // IEEE Trans. 1997. V. IM-46. № 4. P. 789.
  4. Schurig Th., Drung D., Bechstein S. et al. // Physica C. 2002. V. 378–381. P. 1378. https://doi. org/10.1016/S0921-4534(02)01724-0
  5. Neri B., Pellegrini B., Saletti R. // IEEE Trans. 1991. V. IM-40. № 1. P. 2.
  6. Jones B.K. // Proc. IEE Circuits Devices Syst. 2002. V. 149(1). P. 13. https://doi. org/10.1049/ip-cds:20020331.
  7. Levinzon F.A. // IEEE Trans. 2008. V. CS-I-55. № 7. P. 1815. https://doi. org/10.1109/tcsi.2008.918213
  8. Cannata G., Scandurre G., Ciofi C. // Rev. Sci. Instruments. 2009. V. 80. Article No. 114702. https://doi.org/10.1063/1.3258197
  9. Volkhin D.I., Novikov I.L., Vostretsov A.G. // Proc. 2022 IEEE 23rd Int. Conf. of Young Professionals in Electron Devices and Materials (EDM). Altai. 30 Jun. – 04 Jul. N.Y.: IEEE, 2022. P. 61. https://doi. org/10.1109/EDM55285.2022.9855125
  10. Pospieszalski M.W. // IEEE Microwave Magaz. 2005. V. 6. № 3. P. 62.
  11. Volkhin D.I., Novikov I.L., Vostretsov A.G. // Proc. 2021 XV Int. Scientific-Techn. Conf. on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering (APEIE). Novosibitsk. 19–21 Nov. N.Y.: IEEE, 2021. P. 18. https://doi.org/10.1109/APEIE52976.2021.9647438
  12. Novikov I.L., Vostretsov A.G., Volkhin D.I. // Cryogenics. 2022. V. 127. Article No. 103571. https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2022.103571.
  13. Mochtenbacher C.D., Connelly J.A. Low-Noise Electronic System Design. N.Y.: Wiley-Interscience, 1993.
  14. Zhao J., Zhang Y., Y-H. Lee Y-H. et al. // Rev. Sci. Instruments. 2014. V. 85. № 5. Article No. 054707. https://doi.org/10.1063/1.4878342
  15. Oukhanski N., Stolz R., Zakosarenko V. et al. // Physica C: Superconductivity. 2002. V. 368. № 1–4. P. 166. https://doi.org/10.1016/S0921-4534(01)01160-1
  16. Oukhanski N., Stolz R., Meyer H-G. // J. Physics: Conf. Series. 2006. V. 43. P. 310. https://doi.org/10.1088/1742-6596/43/1/310
  17. Drung D. // Rev. Sci. Instruments. 1997. V. 68. P. 4066. https://doi.org/10.1063/1.1148348
  18. Drung D., Hinnrichs C., Barthelmess H.-J. // Supercond. Sci. Technol. 2006. V. 19. № 5. P. S235. https://doi.org/10.1088/0953-2048/19/5/S15

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Schematic diagram of a low-noise DC amplifier.

下载 (107KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Gain measurement circuits: a – without a shunt resistor for measuring voltage noise, b – with a shunt resistor for measuring current noise (the power supply of the differential output buffer DIFFOUT is not shown).

下载 (271KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Schemes for measuring voltage (a) and current (b) spectral density of noise.

下载 (255KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Dependences of the amplifier gain on the collector current at 300 K (a) and 77 K (b).

下载 (134KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Spectral densities of voltage (a, b) and current (c, d) noise at minimum (1) and maximum (2) collector currents: a, c – T = 300 K, Iк ₘᵢₙ = 0.25 mA, Iк ₘₐₓ = 1.78 mA; b, d – T = 77 K, Iк ₘᵢₙ = 0.46 mA, Iк ₘₐₓ = 3.1 mA.

下载 (294KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Dependence of the amplifier noise figure on the source resistance at T = 77 K and different collector currents: 0.46 (1), 0.56 (2), 0.72 (3), 0.95 (4), 1.07 (5), 1.49 (6), 1.8 (7), 2.6 (8) and 3.1 mA (9).

下载 (137KB)
索引源数据
8. Fig. 7. Dependence of the harmonic coefficient (a) and the dynamic range of the amplifier (b) on the collector current at T = 300 (1) and 77 K (2).

下载 (119KB)
索引源数据
9. Fig. 8. Dependence of the amplifier complex input impedance module on the collector current at T = 300 (1) and 77 K (2).

下载 (62KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».