Der PA243 ist ein Audio-Verstärker von General Electric. Der Datecode verweist auf das Jahr 1968. Auffällig ist vor allem das Gehäuse, das auf einem DIP-14 basiert, aber sehr viel weniger Pins besitzt. Ähnlich wie beim LA4102 von Sanyo verbessert ein verhältnismäßig breiter Metallstreifen die Wärmeabfuhr aus dem Inneren.
Zum PA243 findet sich kein Datenblatt. Im "Audio Amplifiers Databook" ist zumindest eine Beispielschaltung abgebildet und es werden Vergleichstypen genannt: ECG717, GEIC-209, GEL1234 und PA234.
Für den ECG717 findet sich ein Datenblatt. Demnach muss die Versorgungsspannung zwischen 9V und 25V liegen. Der Ruhestrom beträgt zwischen 1mA und 15mA. Die Lastimpedanz darf nicht unter 8Ω sinken und ist bis 22Ω spezifiziert, wobei 22Ω der typische Wert ist. Die Ausgangsimpedanz wird mit 2Ω angegeben. Die Bandbreite beträgt 30Hz - 100kHz (bei 0,5W Ausgangsleistung).
Bei 22V garantiert das Datenblatt eine minimale Ausgangleistung von 1W (3% THD typisch, 10% THD maximal). Durch den geringen Wirkungsgrad von 46% (22V, 22Ω, 1W) muss man auf eine ausreichende Entwärmung achten. Wird die Kühlfahne des Bausteins auf 50°C gehalten, so können bis zu 1,4W Verlustleistung abgeführt werden. Ohne diese Wärmesenke sind auch bei 25°C nur 0,8W zulässig.
Das Datenblatt zeigt auch eine Beispielschaltung. Durch die einfache Versorgung sind sowohl am Eingang, als auch am Ausgang Koppelkondensatoren notwendig. Über den Spannungsteiler R2/R3 erfolgt die Rückkopplung des Ausgangssignals. Mit dem Wert des Widerstands R1 variiert man den Verstärkungsfaktor (2,4 - 47). Der Kondensator direkt am Ausgang sorgt für die notwendige Hochfrequenzstabilität. Das Datenblatt weißt darauf hin, dass sich durch diese doch recht einfache Maßnahme bei Signalen über 15kHz die Stromaufnahme des Verstärkers deutlich erhöht.
Die integrierte Schaltung besitzt am Eingang zwei Transistoren, die ein ungewöhnliches Darlington-Paar darstellen. Die Kollektoranbindung des ersten Transistors ist nicht direkt mit dem Kollektor des zweiten Transistors verbunden. Zwischen den beiden Kollektoren befinden sich die drei Dioden, die einen gewissen Spannungsabfall und damit einen gewissen Ruhestrom durch die Endstufe erzeugen.
Auf den Eingangsverstärker folgt sofort die quasi-komplementäre Endstufe. Der Highside-Transistor besteht aus einer Darlington-Schaltung. Auf der Lowside arbeitet eine Sziklay-Schaltung, die im Inneren zusätzlich ein Darlington-Paar enthält. Der PNP-Transistor stellt nur die notwendige Phasenumkehr dar, die Stromverstärkung realisieren die zwei NPN-Transistoren.
Entfernt man das Gehäusematerial, so zeigt sich, dass auf der Kühlfahne ein vergoldetes Element aufgebracht ist, auf dem sich das Die befindet. Aus Sicht des Wärmewiderstands ist das zusätzliche Element nicht optimal. Vielleicht hat dieser Aufbau die Herstellung erleichtert oder die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten machten das zusätzliche Element notwendig.
Die Abmessungen des Dies betragen 1,3 x 1,2mm. Es ist mit einer durchsichtigen, aber nicht ganz klaren Schutzschicht überzogen.
Die Schutzschicht bleibt auch nach längerer Verweilzeit in einem Entlacker stabil. Erst eine längere Verweilzeit in einem Silikonentferner führt letztlich dazu, dass man die Beschichtung abreiben kann. Die Strukturen nehmen dabei kaum Schaden. Es zeigt sich allerdings, dass die Metalllage nicht von einer Passivierungsschicht geschützt wird. Durch das Abtragen der Beschichtung ergaben sich an mehreren Stellen Kratzer und kleinere Beschädigungen.
Auf der Oberfläche des Dies finden sich unregelmäßig veteilt einige dreieckige Konturen. Es könnte sich um Artefakte eines Ätzvorgangs handeln.
Die einzelnen Elemente lassen sich gut identifizieren. Im Eingangsbereich ist ein NPN-Transistor integriert, der nicht kontaktiert wurde. Er befindet sich mit dem Eingangstransistor in einer gemeinsamen n-dotierten Kollektorfläche. Eine tiefer liegende Kollektorzuleitung ist nicht zu erkennen. Entweder ist die Leitfähigkeit der n-Dotierung auch so ausreichend oder die Kollektorzuleitungen setzen sich optisch nicht ab. Die n-dotierten Flächen sind von stark p-dotierten Isolationsrahmen umgeben. In der Kollektorfläche ist eine p-dotierte Basisfläche mit zwei Kontakten eingebracht. In dieser Basisfläche befindet sich widerum die stark n-dotierte Emitterfläche mit der zugehörigen Durchkontaktierung.
Links des NPN-Transistors ist ein PNP-Transistor integriert. Es handelt sich um den klassischen, lateralen Aufbau. Die p-Dotierung, die sonst als Basis-Dotierung genutzt wird, stellt hier Kollektor und Emitter dar. Die n-Dotierung, die sonst als Kollektor-Dotierung genutzt wird, stellt hier den Basis-Bereich dar. Die verhältnismäßig großen Abstände führen zu den deutlich schlechteren Werte eines PNP-Transistors gegenüber den Werten eines NPN-Transistors.
Links findet sich ein ungenutzter Widerstand. Es handelt sich um einen Pinch-Widerstand, bei dem die Basisdotierung (p) den Widerstand darstellt, der durch eine überlagerte Emitterdotierung (n+) eingeengt wird, so dass sich der Widerstandswert erhöht. Ganz links ist der Widerstand mit dem Isolationsrahmen und damit mit GND verbunden. Es handelt sich um drei in Serie geschaltete Widerstände, die über drei Durchkontaktierungen kontaktiert werden könnten.
Im unteren Bereich des Dies befinden sich die zwei Darlington-Endstufen. Der Treibertransistor ist mit dem Leistungstransistor in die gleiche Kollektorfläche integriert. Die Kollektoranbindung des Leistungstransistors erfolgt massiv über den ganzen Umfang. Das lässt vermuten, dass die Kollektoranbindung verhältnismäßig ineffizient ist. Wie bereits beschrieben, sind keine Konturen einer tief liegende, niederohmigen Kollektorzuleitung zu erkennen. Die Basisflächen der Treibertransistoren werden genutzt, um die Kollektorkontaktierungen zu unterqueren.
Die niederohmigen Widerstände am Ausgang bestehen aus dem stark n-dotierten Emittermaterial, das sich zur Isolation in Basisflächen befindet.
An der unteren Kante sind mehrere Quadrate integriert, die es ermöglichen die Ausrichtung der Masken zu überprüfen. Ein Quadrat ist im rechten Bereich deutlich zu sehen, drei weitere Quadrate befinden sich unter der Metalllage beim linken Bondpad.
Analysiert man die Schaltung, so zeigt sich, dass sie im Großen und Ganzen der Schaltung entspricht, die im Datenblatt des ECG717 dargestellt ist. Im PA243 findet sich ein ungenutztes Bondpad, das mit den zwei Transistoren Q2/Q3 am Eingang verbunden ist. Es scheint sich hier um eine Abschaltung des Eingangs zu handeln.
Der ungenutzte Transistor in der Kollektorfläche des Eingangstransistors Q1 könnte ein Vorhalt sein, um das Darlington-Paar Q1/Q8 mit einem dritten Transistor zu ergänzen und so den Verstärkungsfaktor noch weiter zu erhöhen.
Die Dioden zur Einstellung des Ruhestroms sind durch vier unterschiedlich große Transistoren dargestellt (Q4-Q7). So kann man mit einer Variation der Metalllage den Spannungsabfall und damit den Ruhestrom einstellen.
