Richi´s Lab

Fairchild µA311

µA311

Der µA311 ist ein von Fairchild entwickelter Komparator. Das vorliegende Bauteil wurde 1980 gefertigt. Neben dem µA311 war ein µA111 verfügbar, der etwas bessere Spezifikationen und einen größeren Betriebstemperaturbereich bietet.

Der µA311 kann mit 5V bis 36V betrieben werden. Eine einfache Spannungsversorgung ist ausreichend. Wie beim LM306 ist auch der Ausgang des µA311 darauf ausgelegt eine Last direkt zu treiben. Entsprechend kann der Ausgang bis zu 50V sperren, bis zu 50mA leiten und ist 10s kurzschlussfest.

 

Schaltplan Datenblatt

Das Datenblatt enthält einen Schaltplan, der hier zum besseren Verständnis eingefärbt wurde. Am Eingang befindet sich ein Differenzverstärker (dunkelgrün), dessen Ausgangsspannung über antiseriell verschaltete Z-Dioden begrenzt wird. Die oberen beiden Transistoren stellen Stromquellen dar, die von der folgenden Verstärkerstufe ausgesteuert werden. Parallel zu den Emitterwiderständen R1/R2 befinden sich die Widerstände R3/R4, über die der Offset des Differenzverstärkers eingestellt werden kann. Alternativ bietet das Datenblatt an die Balance-Eingänge mit dem positiven Versorgungspotential zu verbinden und so den Strom im Eingangs-Differenzverstärker zu erhöhen. Die maximale Slew-Rate würde dadurch von 7V/µs auf 18V/µs ansteigen.

Der gelbe Schaltungsteil generiert eine Referenzspannung, die über die Widerstände R16/R15/R14 abfällt. Aus diesem Spannungsteiler versorgen sich die Stromsenken Q23 und Q21 (blau).

Auf den Eingangs-Differenzverstärker folgt die rosa Verstärkerstufe. Der Arbeitsstrom dieser Verstärkerstufe, der durch die Stromsenke Q23 definiert wird, fließt nach der Aufteilung über die differentiellen Zweige wieder in Summe über den Widerstand R5. Das dortige konstante Potential nutzen die Stromquellen des Differenzverstärkers am Eingang.

Es folgt eine zweite Verstärkerstufe (grau). Einer der Offset-Pins kann als Strobe-Eingang, also zum Abschalten des Komparators genutzt werden. Dabei wird das Ausgangspotential des Transistors Q9 über den Transistor Q7 (rot) auf Massepotential gezogen. Das Ausgangssignal der grauen Verstärkerstufe wird über die Transistoren Q10/Q11 (türkis) zur Endstufe geführt. Die Verschaltung sorgt dafür, dass sich die beiden Transistoren gegenseitig verriegeln. Der Strom in der Referenzspannungsquelle (gelb) dient hier parallel als Arbeitsstrom (blau).

Der Kern der Endstufe ist der Treiber Q12 und der Endstufentransistor Q15 (dunkelrot). R10 sorgt dafür, dass Q12 sauber abschaltet. Er dient als Pull-Down-Widerstand und ermöglicht das Abfließen von freien Ladungsträgern aus dem Transistor Q12. Über R11/R12 lässt sich die Aussteuerung des Endstufentransistors einstellen. R12 kann über die Metalllage des integrierten Schaltkreises variiert werden. R13 und Q16 (hellgrün) stellen eine Strombegrenzung dar. Die Transistoren Q13/Q14 (lila) sorgen dafür, dass der Treiber Q12 nicht zu weit ausgesteuert wird, wodurch er schneller wieder abgeschaltet werden kann.

 

µA311 Die

µA311 Die

Die Abmessungen des Dies betragen 1,6mm x 1,2mm. An der unteren Kante sind einige Muster abgebildet, die es ermöglichen den Fertigungsprozess zu überwachen. In der oberen rechten Ecke wurde ein Testtransistor integriert.

Innerhalb der Schaltung fällt vor allem der sehr große Endstufentransistor im rechten Bereich auf. Wie beim LM306 scheint auch hier um den Umfang des Transistors eine zusätzliche schwache p-Dotierung eingebracht worden zu sein, um die Spannungsfestigkeit zu erhöhen.

 

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