Richi´s Lab

APEX PA240

PA240

Der PA240 ist ein von Apex entwickelter Hochspannungs-Operationsverstärker. Die maximale Versorgungsspannung liegt mit +/-175V etwas niedriger als beim PA88. Der PA240 leitet dauerhaft 60mA, kurzzeitig 120mA. Die Offsetspannung kann bis zu 40mV betragen, bei einem Temperaturdrift von bis zu 500µV/°C. Die Grenzfrequenz gibt das Datenblatt mit 3MHz an, die maximale Slewrate mit 30V/µs. Der Operationsverstärker ist im TO220- und im TO263-Package verfügbar, in denen maximal 14W Verlustleistung anfallen dürfen.

 

PA240 Schaltplan

Das Datenblatt enthält ein vereinfachtes Blockschaltbild. Wie beim PA88 sind alle Transistoren fälschlicherweise mit den Symbolen von Depletion-Typen dargestellt. Wie beim PA88 muss es sich auch hier um Enhancement-Transistoren handeln. Die minimalen Unterschiede und Unsauberkeiten bei den Symbolen erwecken den Eindruck, dass die Transistoren einzeln mit einem Grafikprogramm gezeichnet wurden.

Die Eingangsstufe ist ein Differenzverstärker mit einer Stromquelle (Q1) und einem Stromspiegel (Q11/Q12). Die Eingangstransistoren Q4/Q5 werden über die Z-Dioden D2/D3/D4/D5 vor zu hohen differentiellen Signalen und Gleichtaktsignalen geschützt. Die Spalte mit der Z-Diode D1 erzeugt eine einigermaßen konstante Spannung zur Arbeitspunkteinstellung.

Der Transistor Q13 realisiert die Spannungsverstärkung des Operationsverstärkers und arbeitet dazu mit der Stromquelle Q2. Die Transistoren Q6 und Q8 stellen eine Ruhestromeinstellung für die Endstufentransistoren dar. An den Pin 6 und 7 kann über einen externen Kondensator die Spannungsverstärkerstufe so kompensiert werden, dass der PA240 stabil arbeitet.

Die Transistoren Q3 und Q14 stellen die Endstufentransistoren dar. Da beide n-Kanal-MOSFETs sind, ist dem Lowside-Transistor zusätzlich der p-Kanal-Treibertransistor Q10 als Ansteuerung vorgeschaltet.

 

PA240 Die

PA240 Die

Die Abmessungen des Dies betragen 3,9mm x 3,0mm. Das Die ist mit einer sehr widerstandsfähigen Schutzschicht überzogen, weswegen es sich nicht ganz ohne Schäden freilegen lässt. Das und der Einsatz von zwei Metalllagen erschweren die Analyse der Schaltung. Das Design ist auffällig speziell. Es kamen einige sehr große, ungewöhnlich aufgebaute Transistoren zum Einsatz. Die Verbindungsleitungen sind verhältnismäßig dünn und geschwungen ausgeführt.

 

PA240 Die Detail

Das Design stammt aus dem Jahr 2004. Die interne Bezeichnung lautet anscheinend CPA241.

 

PA240 Die input

Trotz der nicht optimalen Bildqualität ist der Differenzverstärker am Eingang des PA240 relativ gut zu erkennen.

 

PA240 Die input resistor

Das differentielle Eingangssignal wird streng parallel geführt und mit dem negativen Versorgungspotential geschirmt. Im Pfad zu den Eingangstransistoren befinden sich zweimal fünf Elemente, die höchstwahrscheinlich Widerstände darstellen. Diese Widerstände wurden anscheinend abgeglichen. Bei den linken zwei Paaren ist auf der Oberseite eine Art Kurzschlussbügel zu erkennen, der bei den rechten drei Paaren fehlt.

 

PA240 Die input stage

Die Eingangstransistoren sind auffallend groß ausgeführt. Darunter befinden sich deren Source-Widerstände, die zur rechts platzierten gemeinsamen Stromsenke führen. Die zwei Source-Widerstände sind auf acht einzelne Widerstände aufgeteilt und ineinander verflochten. Diese Maßnahme sorgt für geringe Temperaturdrifts. Bei den Eingangstransistoren hat man vermutlich auf Grund der notwendigen Baugröße auf eine solche Verflechtung verzichtet. Um die unteren, äußeren Ecken der Eingangstransistoren sind die vier Schutzdioden platziert.

 

PA240 Die input stage

Oberhalb der Eingangstransistoren befinden sich vier verhältnismäßig kleine Transistoren, die über Kreuz verschaltet den Stromspiegel darstellen. Oberhalb des Stromspiegels sind dessen Source-Widerstände über Kreuz integriert.

 

PA240 Die output stage

An der oberen Kante des Dies befinden sich der Highside- und der Lowside-Transistor, die beide aus zwei einzelnen, großen Transistoren bestehen.

Das mittlere Bondpad liefert das negative Versorgungspotential, das rechte Bondpad ist an das positive Versorgungspotential angebunden. Die Zuleitung vom positiven Versorgungspotential zum rechten Highside-Transistor scheint über Durchkontaktierungen mit dem Substrat verbunden zu sein. Das ist hier aber nicht der Fall. An einigen Stellen wurde direkt unter dem positiven Versorgungspotential das negative Versorgungspotential in der unteren Metalllage parallel geführt.

 

PA240 Die transistor

Die Leistungstransistoren sind sehr speziell aufgebaut. Der Struktur nach zu urteilen, befindet sich der eigentliche Transistor in Form vieler einzelner Transistoren im inneren Bereich der Fläche. Der Aufbau scheint damit einem gängigen Leistungs-MOSFET wie zum Beispiel dem IRF640 recht ähnlich zu sein. Einige der umgebenden Ringe dürften eine Feldsteuerung darstellen.

 

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