Richi´s Lab

Intersil ICL8007

ICL8007

ICL8007

Der von Intersil produzierte ICL8007 ist ein Standard-Operationsverstärker mit J-FET-Eingängen.

 

ICL8007 Varianten

Das Intersil Data Book von 1979 führt viele verschiedene Varianten des ICL8007 auf. Vollkommen verständlich ist die Auflistung nicht, da das Databook auf den folgenden Seiten jeglicher Endung -4 und -5 einen Offset-Abgleich zuschreibt, nicht nur den Varianten C-4 und C-5.

 

ICL8007 Varianten

Ein paar Seiten weiter ist im selben Data Book eine Tabelle abgedruckt, die auch nicht so ganz zur ersten Auflistung passt. Hier sind gerade die Varianten -4 und -5 mit hohen Offsetspannungen ausgewiesen. Das klingt eher plausibel, da ein Eingriff für einen externen Abgleich der Offsetspannung den initialen Gleichlauf meist negativ beeinflusst.

 

ICL8007 Varianten

Ein ICL8007-Datenblatt aus dem Jahr 1979 enthält noch einmal eine andere Beschreibung der verschiedenen Typen. Hier würde die M-Variante den niedrigsten Offset bieten und die Indizes AM und AC würden sich durch einen niedrigen Eingangsstrom auszeichnen.

 

ICL8007 Schaltplan

Das angesprochene Data Book enthält zwei unterschiedliche Schaltpläne für die Varianten mit und ohne Offsetkorrekturmöglichkeit, die sich nicht unerheblich unterscheiden.

 

ICL8007 Schaltplan mit Offset

Der vorliegende ICL8007C entspricht in großen Teilen dem Schaltbild mit Offsetkorrekturmöglichkeit. Die entsprechend Pins sind im Package auch angebunden.

Die Spannungsverstärkerstufe (rosa) und die Endstufe (rot/grün) sind eher unspektakulär aufgebaut. Interessant ist vor allem die Eingangsstufe. Die Steuerung der rosa Spannungsverstärkerstufe erfolgt über den gelben Differenzverstärker, der gegen den türkisen Stromspiegel arbeitet. Der Offsetabgleich über die Emitterwiderstände des Stromspiegels ist vorteilhaft, da er die restliche Schaltung abgesehen vom Offset kaum beeinflusst.

Der Differenzverstärker ist von zwei J-FET-Eingangsstufen umgeben, die jeweils mit einer Stromsenke arbeiten (blau). Der Transistor Q8 stellt keine Konstantstromquelle dar, er schließt eine Schleife um die Eingangstransistoren. Die Schleifenspannungen über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q8, die gelben Widerstände und die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren Q3/Q4 bleiben abgesehen vom Nutzsignal sehr konstant. Insgesamt bleiben so die Drain-Source-Spannungen der J-FETs konstant niedrig. Das ist sehr vorteilhaft, da der Gatestrom eine J-FETs bei hohen Drain-Source-Spannungen stark ansteigt. Außerdem ist die so aufgebaute Eingangsstufe sehr robust gegenüber Gleichtaktpegeln.

 

ICL8007 Die

ICL8007 Die

Die Abmessungen des Dies betragen 2,1mm x 1,4mm.

 

ICL8007 Die Detail

BL8007 ist eine typische Intersil-Bezeichnung. Die Zeichen Y und 6G könnten eine Revision bezeichnen. Im Hintergrund sind außerdem die Buchstaben AB abgebildet, was auch für eine Maskerevision stehen könnte.

Sieben quadratische Strukturen ermöglichen es den Herstellungsprozess zu überwachen.

 

ICL8007 Die Detail

In der unteren linken Ecke ist eine Testruktur integriert. Es handelt sich um einen J-FET, dessen Source-Anschluss an die negative Versorgung angebunden ist. Gate und Drain sind mit einem Testpad verbunden. Über diese Struktur war es möglich die Eigenschaften der produzierten J-FETs unabhängig von der restlichen Schaltung zu vermessen.

 

ICL8007 Die Detail

Die neuralgischen Teile der Schaltung sind relativ symmetrisch um die horizontale Achse des Dies angeordnet. Links mittig befinden sich die Eingangstransistoren Q1/Q2, nach rechts folgen die Transistoren Qx/Qy und Q3/Q4. Die Endstufentransistoren Q12/Q11 sind in den rechten Ecken platziert. Wie im Rahmen des LT1013 bereits erläutert, versucht man die einzelnen Schaltungsteile so zu platzieren, dass sich durch die Endstufen verursachte thermische Gradienten möglichst wenig auf die Vorverstärker auswirken. Etwas vorteilhafter wäre es noch, wenn sich die Endstufentransistoren Q11/Q12 rechts mittig befinden würden. Die Anordnung in den Ecken kann bei langsam wechselnden Ausgangspegeln zu wechselnden Temperaturgradienten an den differentiellen Vorverstärkern führen, was dann thermische Drifts mit sich bringt.

Dass die tatsächlich Schaltung komplexer ist als das vereinfachte Blockschaltbild, ist nicht verwunderlich. Es finden sich aber doch einige grundsätzlichere Abweichungen.

 

ICL8007 Die Input

ICL8007 Die Input

Wie in vielen anderen Operationsverstärkern sind die Eingangstransistoren doppelt ausgeführt und über Kreuz verschaltet. Thermische Gradienten auf dem Die beeinflussen so die beiden Pfade relativ gleichmäßig, was Temperatudrifts reduziert.

 

ICL8007 Die Analyse

Die Eingangsstufe weist einige interessante Unterschiede zum Schaltbild im Datenblatt auf. Die Versorgung erfolgt über die zwei unabhängigen Stromquellen Q8a/Q8b. Die Robustheit gegenüber Gleichtaktpegeln ergibt sich über die Transistoren Qx/Qy, die die Drain-Source-Spannungen der Eingangstransistoren in einem verhältnismäßig engen Rahmen halten.

 

ICL8007 Die Analyse

Auf dem Die finden sich einige Vorhalte. So besitzen die Stromsenken der beiden Eingangsverstärker aus Transistoren mit jeweils zwei Emittern, von denen nur eine genutzt wird. Über eine Änderung der Metalllage könnte so relativ einfach der Arbeitsstrom erhöht werden.

 

ICL8007 Die Analyse

Auch die zweite Verstärkerstufe besitzt einige Auffälligkeiten. Die Stromquelle "Q3/Q4 CS" besteht aus zwei parallel geschaltete Transistoren. Außerdem bietet die Metalllage neben der Stromzuführung zu den Widerständen R5/R6 einen freien Pfad. Es scheint, dass man sich hier die Möglichkeit offen halten wollte die Transistoren Q3/Q4 über zwei einzelne Stromquellen zu versorgen. Auch in der Zuleitung der Stromquelle findet sich ein Vorhalt (türkise Pfeile). Hier könnte man über eine andere Anbindung des Widerstands die Höhe des Arbeitsstroms variieren. Arbeitet man mit zwei einzelnen Stromquellen, könnte man hier auch einen Offset einstellen.

Des Weiteren fällt in diesem Bereich ein ungenutzter Widerstand auf (gelbe Pfeile), der an den Widerstand R5 angeschlossen ist. Da dieser Widerstand eine gewisse Unsymmetrie ins System bringen würde, erschließt sich der Sinn des Vorhalts nicht wirklich.

 

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