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Raytheon LM318

Raytheon LM318

Der LM318 ist ein relativ schneller Operationsverstärker. Hier zu sehen ist eine ältere Variante, die 1975 von Raytheon gefertigt wurde. Die Bandbreite des Operationsverstärkers wird im Datenblatt mit 15MHz angegeben, die maximale Signalanstiegszeit beträgt 50V/µs. Der zulässige Betriebsspannungsbereich liegt bei +/-5V bis +/-20V.
Der LM318 ist für einen Temperaturbereich von 0°C bis 70°C freigegeben. Der LM218 und der LM118 beinhalten die gleiche Schaltung, sind aber in einigen Eigenschaften noch etwas besser spezifiziert als der LM318. Sie erlauben zusätzlich einen größeren Betriebstemperaturbereich. Der LM118 lässt Temperaturen zwischen -55°C und 125°C zu.

 

Raytheon LM318 Schaltplan

Das Datenblatt enthält einen Schaltplan des LM318. Es handelt sich um eine etwas komplexere Schaltung, die aber immernoch die typischen Funktionsblöcke eines Operationsverstärkers erkennen lässt.

Das Package bietet drei zusätzliche Pins. Über diese Pins lässt sich nicht nur der Offset abgleichen und die Kompensation einstellen. Mit Hilfe des Pins COMP2 kann zusätzlich eine sogenannte feedforward compensation, eine Vorsteuerung, realisiert werden. Die Signalanstiegszeit erhöht sich damit auf maximal 150V/µs. Diese Steigerung der Geschwindigkeit erkauft man sich allerdings mit einem gewissen Überschwingen.

Den Symbolen nach zu urteilen konnten drei Widerstände abgeglichen werden.

 

Raytheon LM318 Die

Die Strukturen auf dem Die sind dem Alter entsprechend noch relativ grob und lassen sich auch ohne einer detallierteren Analyse ungefähr den Funktionsblöcken zuordnen.

Links befindet sich der Differenzverstärker am Eingang, der sich von der unteren Kante bis zur oberen Kante erstreckt. Die symmetrischen Elemente sind gut zu erkennen. Im unteren Bereich ist die Eingangsbeschaltung auszumachen, im oberen Bereich wurden die Stromspiegel integriert. Der Kondensator mit der massiven Metallelektrode gehört ebenfalls zum Stromspiegel. Ein Teil der Stromsenke des Differenzverstärkers befindet sich bereits etwas weiter rechts unterhalb des Kondensators.

Auf den Differenzverstärker folgen mittig segmentierte Kondensatoren, die die Bandbreite und die maximale Signalanstiegszeit beeinflussen.
Die Spannungsverstärkungsstufe befindet sich leicht rechts im unteren Bereich des Dies.
Die rechte Kante und die obere rechte Ecke des Dies beherbergen die Ausgangsstufe des LM318.

 

Raytheon LM318 Die Detail

An der rechten Kante befinden sich die Zeichen RM118Z. RM118 wird mit ziemlicher Sicherheit die Raytheon-Modellbezeichnung gewesen sein, das Z könnte für die erste Revision stehen. Wie bei der Referenzspannungsquelle REF01 zu sehen war, wird für die Revisionierung teilweise von Z aus rückwärts gezählt.

Unter der Bezeichnung befinden sich vier Quadrate, die der Maskenjustierung dienen könnten. Eventuell handelt es sich aber auch um Ätzmarker, die es ermöglichen den Fortschritt von Ätzprozessen zu bestimmen.

 

 

Raytheon LM318 Die Detail

Zwischen den Eingangsbondpads sind die beiden Dopppeltransistoren zu sehen, die zu hohe Spannungen ableiten.

In der oberen rechten Ecke befindet sich ein Block, der mehrere Widerstände enthält. Der Widerstand, der von einem schmalen grünen Streifen überlagert ist, sollte dem Schaltplan nach abgleichbar sein. Wie beim BA222 beschrieben, handelt es sich bei dem grünen Streifen um ein invers zum eigentlichen Widerstand dotiertes Material, dass den Querschnitts des Widerstands reduziert und so den Widerstandswert erhöht. Eine Variationsmöglichkeit wäre eine Änderung der Breite des grünen Streifens.

 

Raytheon LM318 Die Detail

Im Stromspiegel befindet sich ein weiterer, justierbarer Widerstand. Es handelt sich um das schleifenförmige Element in der rechten oberen Ecke, das an einem Ende von einer grünen Fläche überlagert ist. Die Metalllage beinhaltet hier eine rechteckige Erweiterung, die aber keine Funktion erkennen lässt.

 

Raytheon LM318 Die Detail

Die Stromsenke des Differenzverstärkers am Eingang scheint sehr viel einfacher aufgebaut zu sein als es der Schaltplan suggeriert. Der größere Transistor links im Bild stellt den gewünschten Strom ein. Er ist Teil eines Stromspiegels, dessen zweiter Transistor sich ein Stück weiter rechs an der unteren Kante befindet. Der längliche Widerstand und die anderen dort angeschlossenen Schaltungsteile generieren den Referenzstrom des Stromspiegels.
An der unteren Kante sind drei Widerstände mit Bezug auf das Massepotential zu erkennen, einer davon ist nicht kontaktiert. Darüber konnte vermutlich der Strom und damit der Arbeitspunkt des Differenzverstärkers eingestellt werden.

 

Raytheon LM318 Die Detail

In der Endstufe befindet sich ein weiterer einstellbarer Widerstand, der hier links zu sehen ist und wie die anderen einstellbaren Widerstände von einem grünen Streifen überlagert ist.

 

Raytheon LM318 Die Detail

Bei zwei der drei Kondensatoren sind die Metallflächen segmentiert. Durch die Segmentierung können beide Kapazitäten relativ leicht angepasst werden. Es ist gut erkennbar, dass die Struktur der Metalllage so gewählt wurde, dass nur sehr kurze Bereiche durchtrennt werden müssen, um Segmente zu deaktiveren. In Anbetracht des Alters des Operationsverstärker ist es durchaus denkbar, dass diese Änderung noch in einer Art Nacharbeit der Maske erfolgen konnte.

Einer der beiden Kondensatoren stellt die Kompensation, also die Bandbreitenbegrenzung dar, während der andere eine Vorsteuerung realisiert, um die hohe maximale Signalanstiegszeit zu ermöglichen. Durch eine relativ unkomplizierte Modifikation der Metallisierungslage konnte so die Bandbreite und die Geschwindigkeit des Operationsverstärkers variiert werden. Das ist für die Erstellung von Varianten vorteilhaft, kann aber auch genutzt werden, um auf Änderungen im Herstellungsprozess zu reagieren, die die Eigenschaften der integrierten Schaltung beeinflussen.

 

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