Polovodičové obvody pro kryogenní teploty.

Některé operační zesilovače pracují v rozsahu teplot od pokojové (300 K) až do teploty kapalného helia (4,2 K). Jejich umístění přímo u kryogenních senzorů umožňuje lépe využít vlastnosti těchto senzorů, než když jsou připojeny k elektronice na pokojové teplotě. Takovéto obvody jsou potřebné pro kryogenní aparatury, urychlovač, kosmické sondy, atd. [1].
  Použitím těchto obvodů je například možné oddělit kryogenní čidla s velkou výstupní impedancí od kabelů, kterými se připojují k elektronice na pokojové teplotě. Toto řešení nezvyšuje šum, neomezuje kmitočtový rozsah a vylučuje vliv svodů, které mohou být způsobené například vlhkostí, to je kondenzací vodních par na studených částech měřících aparatur.  
  Některé typy zesilovačů je možné vypnout a znovu "oživit" i při teplotě kapalného helia jenom zapnutím napájecího napětí. Mohou být tedy zapnuty jenom po dobu měření, což šetří chladící medium, kterým je většinou kapalné helium. Jejich spotřeba v aktivním režimu je jenom několik mW.  
  Sonda umožňující měřit parametry zesilovačů v transportní nádobě pro kapalné helium v rozsahu teplot od pokojové až do teploty kapalného helia. Uprostřed je tištěný spoj se zesilovačem, jehož aktivním prvkem je CMOS operační zesilovač.  
  Obr. 1. Sonda pro měření parametrů zesilovačů.  
  Kmitočtové spektrum hustoty vstupního šumového napětí při teplotách 300, 77 (kapalný dusík) a 4,2 (kapalné helium) kelvinů. Bílý (kmitočtově nezávislý) šum s klesající teplotou klesá, jak by jeden očekával. Ale 1/f  šum při teplotě pod 77 K vzroste a při teplotě 4,2 K je pro kmitočty menší než 100 Hz v podstatě nasycený. To je neočekávané chování. Nutno podoknouti, že fyzikální původ 1/f  šumu není dodnes dobře pochopen a vysvětlen.    
  Obr. 2. Kmitočtové spektrum hustoty vstupního šumového napětí při teplotách 300, 77 (kapalný dusík) a 4,2 (kapalné helium) kelvinů.  
  Literatura:
  1. Z. Svindrych, Z. Janu, F. Soukup, et al., Operational amplifiers operating in temperature range from 300 to 4.2 K, Cryogenics 48 (2008) 160