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Motorola SZA263

SZA263

Die Motorola SZA263 ist ein sogenannter Ref-Amp, eine Referenzspannungsquelle die einen sehr kleinen Temperaturkoeffizienten aufweist und entsprechend ohne einer zusätzliche Heizung eine sehr konstante Referenzspannung liefert.

Die LTFLU ist quasi der Nachfolger der SZA263. Das Tischmultimeter Fluke 8842A wurde zum Beispiel mit beiden Bausteinen aufgebaut. Das hier vorliegende Bauteil stammt aus einem Fluke 8842A.

 

FLuke 8842A Servicemanual Schaltplan

Das Servicemanual des Fluke 8842A zeigt den Aufbau der SZA263 (U701). Die Basis-Emitter-Strecke des Transistors weist einen negativen Temperaturkoeffizienten auf. Die Z-Diode bietet einen positiven Temperaturkoeffizienten. Passend ausgelegt existiert ein Stromwert, bei dem sich die Temperaturkoeffizienten ausgleichen und die Spannung zwischen Basis und Anode nur noch einen verschwindenden Temperaturdrift aufweist.

Kompensiert man den Temperaturdrift einer Z-Diode mit einem in Flussrichtung betriebenen pn-Übergang, so ist das nur eine temperaturkompensierte Z-Diode, wie zum Beispiel auch die 1N829A eine ist. Ein Ref-Amp enthält zur Temperaturkompensation statt einer einfachen Diode einen Transistor, der zusätzlich die erste Regelschleife darstellt.

Im eingeschwungenen Zustand sorgt der Operationsverstärker U702A dafür, dass am Testpunkt TP701 eine Spannung von -7V anliegt. In diesem Zustand stellt der Spannungsteiler Z701 über den Basiswiderstand Z702_8-7 einen Basisstrom in der SZA263 ein, der exakt dem Strom entspricht, bei dem der Temperaturkoeffizient des Ref-Amp minimal wird. Die grundlegende Referenzspannung liegt zwischen Basis und Anode von U702 an. Der Spannungsteiler Z701 skaliert diese Spannung auf die gewünschte Ausgangsspannung von -7V. Weicht die Spannung von -7V ab, so fließt durch die SZA263 mehr oder weniger Strom, was über den Kollektor der SZA263 den Spannungsabfall am Widerstand R701 modelliert. Der Operationsverstärker U702A regelt dann entsprechend die -7V-Referenzspannung nach.

Z702_1-2 und Z702_2-3 stellen anscheinend eine Arbeitspunkteinstellung dar. Es könnte sein, dass darüber Schwankungen des verbliebenen Temperaturkoeffizienten ausgeglichen werden.

U702B generiert letztlich aus der -7V-Referenzspannung eine +7V-Referenzspannung. Z702_9-10 ist der Arbeitswiderstand des Operationsverstärkers U702A. Die Diode CR701 stellt sicher, dass beim Anlaufen der Schaltung die Spannung am Testpunkt TP701 nicht positiv wird.

 

FLuke 8842A Servicemanual Schaltplan

Der Widerstand R701 definiert den Strom, der durch die SZA263 fließt und muss so eingestellt sein, dass der Punkt des minimalen Temperaturkoeffizienten getroffen wird. Der Spannungsteiler Z701 legt die Höhe der Referenzspannung fest. Die exakten Werte der Widerstände sind entsprechend kritisch. Bei R701 handelt es sich um einen Präzisionswiderstand von Dale. Z701 ist ein spezielles, abgeglichenes Widerstandsnetzwerk.

Das Servicemanual des Fluke 8842 weist entsprechend in den Bauteillisten den Ref-Amp U701, den Widerstand R701 und das Widerstandsnetzwerk Z701 nicht einzeln aus. Benötigt man eines dieser Bauteile, so muss man ein "REF AMP SET" bestellen, das alle drei Bauelemente enthält und die auch alle ausgetauscht werden müssen. Die Widerstände sind dann wieder auf die jeweilige SZ263 angepasst, so dass der Temperaturdrift minimal ist und die Referenzspannung -7V beziehungsweise +7V beträgt.

 

SZA263 Package

Auf der Unterseite der SZA263 zeigt sich, dass das Gehäuse neben den vier genutzten Pins zwei weitere Pins besitzen würde, die stark gekürzt wurden.

 

SZA263 Aufbau

Die ungenutzten Pins werden auch im Gehäuse nicht kontaktiert.

 

SZA263 Aufbau

SZA263 Aufbau

Die Z-Diode und der Transistor befinden sich auf einem Keramikträger, der in einer Vertiefung des Gehäuses befestigt ist. Das Gehäuse selbst ist an keines der Potentiale angebunden.

 

SZA263 Aufbau

SZA263 Aufbau

Auf dem Keramikträger sind zwei Metallflächen aufgebracht. Die zu den Kanten führenden, kurzen Leitungsreste sprechen dafür, dass bei der Herstellung ein größeres Keramikelement galvanisch mit den gewünschten Strukturen beschichtet und dann vereinzelt wurde.

 

SZA263 Die Diode

SZA263 Die Diode

Die Kantenlänge der Diode beträgt 0,59mm. Die unruhige Oberfläche in der Mitte der Metalllage erinnert an die Zenerdioden in der Referenzspannungsquelle VRE305A und im Digital-Analog-Wandler DAC80.

 

SZA263 Die Transistor

SZA263 Die Transistor

Die Abmessungen des Transistors betragen 0,48mm x 0,38mm. Auffällig ist der ringförmige Emitter. Die darunter liegende Basisfläche wird im Inneren des Rings und um ihn herum kontaktiert. Die Fläche der Basis-Emitter-Sperrschicht ist ein kritischer Punkt, wenn man den Temperaturkoeffizienten des Transistors an den Temperaturkoeffizienten der Z-Diode anpassen will.

 

Fluke 8842A Referenzspannungsquelle

Hier ist die SZA263 in Tischmultimeter Fluke 8842A zu sehen. Unterhalb der SZA263 findet sich der Präzisionswiderstand R701 von Dale (411,62kΩ). Darunter sind die beiden Widerstandsnetzwerke Z701 und Z702 direkt nebeneinander angeordnet. Höchstwahrscheinlich wurde die Nähe bewusst eingerichtet, um die Temperaturen der Widerstände möglichst gleich zu halten. Im unteren linken Bereich des Bilds findet sich der Operationsverstärker U702.

 

Fluke 756031 Widerstandsnetzwerk

Das Widerstandsnetzwerk Z701, das den idealen Strom durch die SZA263 einstellt, wird von Fluke unter der Bezeichnung 756031 geführt. Es fällt auf, dass das Widerstandsnetzwerk ursprünglich vier Anschlusspins besessen hat, von denen einer abgeschnitten wurde.

Die Widerstände befinden sich auf einem Keramikträger und werden mit einem Glasdeckel geschützt. Der Aufbau ermöglicht einen Laserabgleich zu jeder beliebigen Zeit. Bei hochgenauen Schaltungen kann man ein solches Widerstandsnetzwerk in eine Baugruppe einbauen und den Laserabgleich als finalen Prozess an der fertigen Schaltung durchführen. So lassen sich auch Störungen kompensieren, die erst während eines Löt- oder Alterungsprozess auftreten.

 

Fluke 756031 Widerstandsnetzwerk Details

Die Leitungen auf dem Keramikträger scheinen vergoldet worden zu sein. Jeder Widerstand besteht aus vielen verschiedenen Geometrien, die es erleichtern den gewünschten Widerstandswert exakt einzustellen.

Bei genauerer Betrachtung erkennt man, dass es sich nicht nur um zwei Widerstände handelt. Am Pin 2 befindet sich ein dritter Widerstand, der als zusätzlicher Basiswiderstand für die SZA263 wirkt. Der Pin 4 ermöglicht es den gemeinsamen Knoten der drei Widerstände zu kontaktieren, was den Abgleich erleichtert. Es lassen sich folgende Widerstandswerte bestimmen (bezogen auf den obigen Schaltplan):
Spannungsteiler "1-2": 10,582kΩ
Spannungsteiler "2-3": 202,28Ω
Zusätzlicher Basiswiderstand: 643,67Ω

 

Fluke 756031 Widerstandsnetzwerk Detail

Unten links auf dem Keramikträger kann man drei Masken erkennen. Die Maske 10A definiert die Strukturen der Leiterbahnen. Die Maske 12B formt die Widerstandsflächen. Das B lässt vermuten, dass diese Maske einmal überarbeitet wurde. Zwischen den Masken 10A und 12B kann man die Zeichen 11A erahnen. Es handelt sich anscheinend um die Maske, die die Übergangsstellen zwischen Leitungen und Widerständen definiert. Anscheinend war eine besondere Behandlung dieser Stellen notwendig.

 

Fluke 756031 Widerstandsnetzwerk Detail

Die Beschriftung an der rechten unteren Ecke des Keramikträgers zeigt, dass die ursprüngliche Bezeichnung des Widerstandnetzwerks nicht 756031 sondern 755991 lautet. Online finden sich Bilder, die zeigen, dass im Fluke 8842A mit der SZA263 teilweise auch ein anderes Widerstandsnetzwerk eingesetzt wurde, das tatsächlich nur drei Pins besitzt. Dort ist der zusätzliche Basiswiderstand nicht zu erkennen. Anscheinend war es von Vorteil den Basiswiderstand im Rahmen des Ref-Amp-Pakets ebenfalls justierbar zu machen. Vielleicht konnte man außerdem ein anderes bereits bestehendes Widerstandsnetzwerk vorteilhaft mitnutzen.

 

Fluke 756031 Widerstandsnetzwerk Detail

Am oberen Kontakt kann man erkennen, dass die zweite Maske für die Kontaktbereiche zwischen Leiterbahn und Widerstandstreifen relevant ist. Im rechten Bereich sieht man, dass ein großer Teil des Widerstandmaterials vorbereitet wurde eine Leiterbahn zu kontaktieren. Wahrscheinlich kann das Widerstandsnetzwerk 755991 hier zwei sehr verschiedene Widerstandswerte darstellen. Einmal wird der rechte Bereich an der oberen Kante nur kontaktiert, ein anderes Mal überbrückt eine verlängerte Leiterbahn die rechten beiden Widerstandsstreifen.

 

Fluke 756031 Widerstandsnetzwerk Abgleich

Nicht nur die Widerstandsflächen, auch die Leiterbahnen wurden mit einem Laser geschnitten. Die Beschriftung dient höchstwahrscheinlich der Rückverfolgbarkeit des Abgleichvorgangs.

 

Fluke 756031 Widerstandsnetzwerk Abgleich

Bei der Beschriftung im linken Bereich kann man erkennen, dass der Abgleich nach dem Verschließen des Keramikträgers erfolgt ist. Die Überreste des Beschriftungsprozesses habe sich auf dem Glasdeckel niedergeschlagen.

 

Fluke 756080 Widerstandsnetzwerk

Fluke 756080 Widerstandsnetzwerk

Das zweite Widerstandsnetzwerk trägt die Bezeichnung 756080. Der optischen Erscheinung nach bestehen die Leiterbahnen aus blankem Kupfer. Um Gold handelt es sich auf jeden Fall nicht.

 

Fluke 756080 Widerstandsnetzwerk Aufbau

Die einzelnen Widerstände sind deutlich zu erkennen. Die Widerstandswerte betragen:
1-2: 1,7783kΩ
2-3: 4,4461kΩ
4-5: 20,005kΩ
5-6: 20,005kΩ
7-8: 3,2007kΩ
9-10: 3,3008kΩ

 

Fluke 756080 Widerstandsnetzwerk

Auch hier findet sich auf dem Keramikträger eine abweichende Bezeichnung: 756049

Eine Maske zur Verbindung der Widerstandsflächen mit den Leiterzügen ist nicht zu erkennen.

 

Fluke 756080 Widerstandsnetzwerk Detail

In der oberen linken Ecke des Keramikträgers befindet sich eine Struktur, die offensichtlich für einen Abgleich des Lasers genutzt wurde.

 

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