Der Harris Semiconductor HA-2625 ist ein schneller Operationsverstärker mit einigen speziellen Eigenschaften. Die Bandbreite ist mit 100MHz spezifiziert. Die maximale Slewrate beträgt typischerweise 35V/µs. Als unkompensierter Operationsverstärker darf der Verstärkungsfaktor allerdings ohne Weiteres nicht kleiner als 5 sein. Ein Kompensationspin ermöglicht es extern einen Kompensationskondensator in die Schaltung zu integrieren. Außerdem bietet der HA-2625 Kontakte zur externen Offsetkorrektur.
An den Eingängen befinden sich Bipolartransistoren. Deren Offsetspannung beträgt typischerweise 3mV. Eine spezielle Schaltung sorgt dafür, dass die Biasströme mit nur 5nA spezifiziert werden konnten (40nA maximal). Der Eingangswiderstand ist mit 300MΩ angegeben.
Das Datenblatt führt neben dem HA-2625 einen HA-2620 und einen HA-2622. Es handelt sich um Sortierungen mit minimal unterschiedlichen Werten. Die drei Varianten werden außerdem mit unterschiedlichen Betriebstemperaturbereichen angegeben. Diese Spezifikation wird aber grundsätzlich nicht durch die Teilenummer, sondern durch die darauffolgende Zahl festgelegt:
In dem Katalog "Linear & Data Acquisition Products - Volume 1" erklärt Harris Semiconductor den vollständigen Aufbau der Bezeichnungen. Das Logo bildet den Buchstaben H.
Die Abmessungen des Dies betragen 1,8mm x 1,3mm. Es fällt auf, dass die Strukturen den Strukturen im Teledyne Philbrick TP1321 entsprechen.
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In einem Datenblatt findet sich eine Abbildung der Metalllage, die aber nicht mit den realen Strukturen übereinstimmt. Dort werden die Abmessungen 1,75mm x 1,42mm angegeben. Die Zahlen 89 lassen vermuten, dass das Design aus dem Jahr 1989 stammt. Es wäre damit eine neuere Revision.
Der HA-2625 basiert auf einem Prozess mit dielektrischer Isolation. Die Herstellung ist aufwändig. Die einzelnen Elemente sind dadurch aber deutlich stärker voneinander und zum Substrat hin isoliert.
Der verwendete Prozess bietet auch vollwertige, vertikale PNP-Transistoren.
Auf den ersten Blick sind sich NPN- und PNP-Transistoren sehr ähnlich. Im Detail zeigen sich kleinere Unterschiede. Beim NPN-Transistor ist keine spezielle Kollektorzuleitung sichtbar. Der PNP-Transistor besitzt dagegen im Kollektor eine höher dotierte Rahmenstruktur, wie sie auch in der obigen schematischen Darstellung zu finden ist. Die schwächer n dotierten Flächen besitzen im Bereich der Kontaktierung eine starke n-Dotierung. Nur so bildet sich ein ohmscher Kontakt aus. Beim NPN-Transistor ist das die Kollektorfläche. Beim PNP-Transistor ist das die Basisfläche.
Das Datenblatt enthält einen Schaltplan, der eine durchaus komplexe Schaltung zeigt. Färbt man die Schaltungsblöcke unterschiedlich ein, so wird etwas klarer welche Bereiche welche Funktion übernehmen. Der dunkelblaue Bereich bildet die Arbeitspunkteinstellung, die unter anderem einige Stromquellen und Stromsenken steuert (hellblau).
Der Differenzverstärker (gelb) besitzt an jedem Eingang zwei hintereinandergeschaltete Transistoren (Q28/Q26/Q32/Q25). Diese Maßnahme garantiert einen kleinen Eingangsstrom. Die Dioden Q27/Q24 scheinen dafür zu sorgen, dass sich an den Kollektoren der drei Stromsenken ähnlichere Potentiale einstellen. Die Verschaltung der Stromsenken realisiert einen signifikant geringeren Strom durch die Eingangsstransistoren Q28/Q32 im Vergleich zu den darauffolgenden Transistoren Q26/Q25. Die Transistoren Q31 und Q36 bilden eine Kaskodenschaltung für die Eingangstransistoren und schützen diese vor zu stark schwankenden Potentialen an ihren Kollektoren.
Der Eingangsverstärker wird von einer Schaltung umfasst, die zwei Aufgaben übernimmt (lila). Q19 bildet zwei Stromsenken für den grünen Schaltungsteil und sorgt über Q9/Q10/Q17/Q18 für einen konstanten Spannungsabfall über den Differenzverstärker, der aber mit der Eingangsspannung wandern kann. So wird der Eingangsverstärker weniger von der anliegenden Gleichtaktspannung beeinflusst.
Die aufgedoppelten Eingangstransistoren reduziert bereits den Eingangsstrom, der HA-2625 besitzt aber zusätzlich eine Schaltung, die den Eingangsstrom kompensiert (grün). Die Transistoren Q30/Q29 und Q35/Q33 sind so verschaltet, dass die PNP-Transistoren Q29/Q33 einen ähnlichen Basisstrom ausgeben wie die NPN-Eingangstransistoren Q28/Q32 aufnehmen.
Oberhalb des Differenzverstärkers befinden sich zwei Stromquellen, an deren Emitterwiderständen die Pins der Offsetkorrektur angeschlossen sind. Dazwischen sind die Transistoren Q38/Q37 platziert, die eine Pufferstufe abbilden (rot). Zur folgenden Spannungsverstärkerstufe wird das Signal weiterhin differentiell geführt. Die Spannungsverstärkerstufe verursacht ein verhältnismäßig stark schwankendes Potential an der oberen der zwei Leitungen. Die Pufferstufe sorgt für eine gewisse Entkopplung von dieser Schwankung. Diesbezüglich verhält sich die Basisschaltung ideal.
Die Spannungsverstärkerstufe (rosa) ist nicht übermäßig komplex aber enthält doch überraschend viele Elemente. Den Kern der Spannungsverstärkung bilden die Transistoren Q45/Q47. Q48 scheint in diesem Zusammenhang gegen eine Übersteuerung zu wirken. Oberhalb des Transistors Q45 kann ein externer Kompensationskondensator angeschlossen werden. Die Operationsverstärkerfamilie HA-2600 / HA-2602 / HA-2605 bietet intern kompensierte Operationsverstärker. Sie basieren auf der gleichen Schaltung, enthalten aber zwei zusätzliche Kapazitäten. C3 befindet sich zwischen dem Kollektor von Q37 und dem positiven Versorgungspotential und C4 befindet sich zwischen dem Kompensationsausgang und dem positiven Versorgungspotential. Die Fläche für beide Kondensatoren ist auf dem Die deutlich zu sehen. Man kann die beiden Operationsverstärkerfamilien mit einer Variation der Metalllage erzeugen.
Die Endstufe (grau) ist verhältnismäßig gewöhnlich aufgebaut. Zwei Treiberzweige (Q55/Q54) steuern die Endstufentransistoren (Q52/Q57). Die Dioden Q58/Q59 scheinen auf den ersten Blick der Ruhestromeinstellung zu dienen. Das ist hier aber nicht der Fall. Die Spannung zwischen den beiden Endstufentransistoren ist über Q54/Q55 festgelegt. Die Dioden sorgen lediglich für passende Potentiale in der Spannungsverstärkerstufe.
Der Überlastschutz der Endstufe wird über die Shunt-Widerstände R18 und R17 realisiert (braun). Fällt darüber zu viel Spannung ab, so werden die Transistoren Q51/Q61 leitend. Diese Transistoren reduzieren nicht nur den Basisstrom des zugehörigen Endstufentransistors, sie deaktivieren alle Stromquellen beziehungsweise alle Stromsenken. R17/R18 und Q53/Q56 scheinen ebenfalls einen Endstufenschutz darzustellen. Das ist aber nicht der Fall. Die Widerstände sind lediglich Emitterwiderstände. Die Dioden beschleunigen das Abschalten des zugehörigen Endstufentransistors.
Im Schaltplan finden sich einige kleinere Fehler. In sehr alten Datenblättern scheinen diese Fehler noch nicht vorhanden zu sein, die Bildqualität ist dort aber sehr schlecht. Das erklärt wahrscheinlich, wie die Fehler entstanden sind. Die Basisanschlüsse der Stromquellen sind nicht mit einem zweiten Emitter des Transistors Q6 verbunden. Stattdessen wird unterhalb der Diode Q4 ein Referenzpotential abgegriffen. Außerdem fehlt innerhalb der darunter folgenden Stromquelle eine Verbindung. Auch der Wert des Widerstands R7 scheint falsch zu sein. Zwar handelt es sich zwar um einen niederohmigen Widerstand, 1,35Ω tragen aber wahrscheinlich bereits die Kontakte zum Widerstand bei. In den alten Schaltplänen kann man kein Komma erkennen. Ein Wert von 135Ω ist damit deutlich wahrscheinlicher. Dass die Diode Q20 und der Widerstand R8 vertauscht wurden, ist kaum relevant.
Während der erste HA-2625 aus dem Jahr 1978 stammt. Wurde der zweite HA-2625 etwas früher, im Jahr 1975 gefertigt. Tatsächlich finden sich einige kleinere Unterschiede.
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Am offensichtlichsten ist die Metallfläche oberhalb der Widerstände der Stromquellen in der Eingangsstufe. Entweder soll das elektrische Feld die Widerstandswerte beeinflussen oder man hat die parasitäre Kapazität als relevant erachtet. Im rechten Teil der Schaltung hat man die Form einer Leitung minimal geändert. Das dürfte aber kaum relevant sein.
Durchaus interessant ist dagegen die geänderte Leitungsverlegung zur Spannungsverstärkerstufe (gelb). Eine dieser Leitung nimmt jetzt einen direkteren Weg. Dafür hat man einen längeren Weg für die Versorgung der Stromquelle Q39 in Kauf genommen (blau).
Im linken oberen Bereich findet sich ein interessanter Fehler. Offenbar ändert sich hier kontinuierlich eine Schichtdicke, was zu den dafür typischen Farbübergängen führt.
