Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Конструктивные и схемотехнические решения на основе слаботочной электроники для измерений характеристик космической плазмы

Авторы

О.И. Ровняков, Д.В. Чугунин, К.В. Ануфрейчик

Организация

Институт космических исследований РАН
г. Москва, Российская Федерация

Аннотация

Измерение основных характеристик ионосферной плазмы – концентрации, температуры, скорости и её состава – с практической точки зрения представляет собой задачу измерения сверхмалых токов. В статье рассмотрена схемотехника слаботочного входного каскада на основе трансимпедансного усилителя, пригодного для измерения характеристик плазмы с помощью зонда Ленгмюра и ионной ловушки. Обозначены основные проблемы и ограничения, влияющие на динамический диапазон в области очень малых постоянных токов, и указаны пути их решения. На схемотехническом уровне перечислены различные типы входных каскадов интегральных операционных усилителей и их особенности, влияющие на выбор подходящей микросхемы, описаны входные цепи электрометрического усилителя ADA4530–1 и реализованный в нём принцип бутстрепинга (принцип следящей связи). Отмечена важность выбора коммутаторов обратной связи с малой утечкой и продемонстрирована возможность её дальнейшего снижения при помощи бутстрепинга. На конструктивном уровне рассмотрены паразитные явления в изоляционных материалах: проводимость и диэлектрическая абсорбция, предложен материал печатных плат с хорошими характеристиками, описано использование охранных колец и полигонов для радикального снижения утечек монтажа.

Ключевые слова

аппаратура космического аппарата, измерение параметров ионосферной плазмы, зонд Ленгмюра, ионная ловушка, трансимпедансный усилитель, электрометрия, слаботочная электроника.

Список литературы

[1] Плазменная гелиогеофизика / Под ред. Зелёного Л. М., Веселовского И. С. М.: Физматлит, 2008.

[2] Schunk R., Nagy A. Ионосферы: физика, физика плазмы и химия. 2-е изд. Нью-Йорк, США: Издательство Кембриджского университета, 2009.

[3] Козлов О. В. Электрический зонд в плазме. М.: Атомиздат, 1969.

[4] Berthelier J. J., Godefroy M., Leblanc F., Seran E., Peschard D., Gilbert P., Artru J. IAP, анализатор тепловой плазмы на спутнике DEMETER // Наука космоса и планет. 2006. № 54.

[5] Hoang H., Clausen L. B. N., Roed K., Bekkeng T. A., Trondsen E., Lybekk B., Strom H., Bang-Hauge D. M., Pedersen A., Spicher A., Moen J. I. Многоигольчатая система зондов Ленгмюра на борту NorSat-1 // Обзоры космической науки. 2018. № 214.

[6] Heelis R. A., Stoneback R. A., Perdue M. D., Depew M. D., Morgan W. A., Mankey M. W., Lippincott C. R., Harmon L. L., Holt B. J. Измерения скорости ионов для спутника Ionospheric Connections Explorer // Обзоры космической науки. 2017. № 212.

[7] Fairchild Semiconductor. Каталог параметров линейных интегральных схем. Маунтин-Вью, Калифорния, США: Корпорация Fairchild, 1973.

[8] Widlar R. J. Работа с высокоимпедансными операционными усилителями // Справочник по применению линейных схем. Санта-Клара, Калифорния, США: Корпорация National Semiconductor, 1994.

[9] National Semiconductor. Справочник по линейным схемам 1. Санта-Клара, Калифорния, США: Корпорация National Semiconductor, 1988.

[10] Horowitz P., Hill W. Искусство схемотехники. 3-е изд. Нью-Йорк, США: Издательство Кембриджского университета, 2016.

[11] Precision Monolithics. Справочник по линейным схемам и преобразователям. Санта-Клара, Калифорния, США: Корпорация Precision Monolithics, 1986.

[12] Linear Technology. Справочник по линейным схемам. 1990. Милпитас, Калифорния, США: Корпорация Linear Technology, 1989.

[13] Burr-Brown. Справочник по интегральным схемам. Тусон, Аризона, США: Корпорация Burr-Brown, 1995.

[14] National Semiconductor. Справочник по операционным усилителям National. Санта-Клара, Калифорния, США: Корпорация National Semiconductor, 1995.

[15] Спецификация на электрометрический усилитель ADA4530–1 с фемтоамперным входным током смещения // analog.com: Корпорация Analog Devices URL: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ada4530–1.pdf (дата обращения: 25.10.2024).

[16] Спецификация на RO4003C и RO4350B – ламинаты серии RO4000 // rogerscorp.com: Корпорация Rogers URL: https://www.rogerscorp.com/-/media/project/rogerscorp/documents/advanced-electronics-solutions/english/data-sheets/ro4000-laminates-ro4003c-and-ro4350b---data-sheet.pdf (дата обращения: 25.10.2024).

[17] Спецификация на ламинат KB-6165F // kblaminates.com: Компания Kingboard Laminates URL: http://www.kblaminates.com/en/upload/ueditor/20240104/KB-6165F, KB-6065F.pdf (дата обращения: 25.10.2024).

[18] Материалы для печатных плат серии RO3000. Спецификация на высокочастотные ламинаты RO3003,RO3006, RO3010 и RO3035 // rogerscorp.com: Корпорация Rogers URL: https://www.rogerscorp.com/-/media/project/rogerscorp/documents/advanced-electronics-solutions/english/data-sheets/ro3000-laminate-data-sheet-ro3003–ro3006–ro3010–ro3035.pdf (дата обращения: 25.10.2024).

[19] Справочник по малосигнальным измерениям. 7-е изд. // tek.com: Корпорация Tektronix URL: https://download.tek.com/document/LowLevelHandbook_7Ed.pdf (дата обращения: 25.10.2024).

[20] Счетверённые двунаправленные КМОП-ключи CD4066B // ti.com: Компания Texas Instruments URL:https://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd4066b.pdf (дата обращения: 25.10.2024).

[21] TMUX6119 – прецизионный однополюсный ±16,5В ключ на два направления с малой ёмкостью и низким током утечки // ti.com: Компания Texas Instruments URL: https://www.ti.com/lit/gpn/TMUX6119 (дата обращения: 25.10.2024).

Цитирование данной статьи

Ровняков О.И., Чугунин Д.В., Ануфрейчик К.В. Конструктивные и схемотехнические решения на основе слаботочной электроники для измерений характеристик космической плазмы // Космические аппараты и технологии. 2025. Т. 9. № 1. С. 48-62. doi: 10.26732/j.st.2025.1.05

Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.