DE2452107B2

DE2452107B2 - Temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung

Info

Publication number: DE2452107B2
Application number: DE2452107A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 7815 Burg Hoehn
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1974-11-02
Filing date: 1974-11-02
Publication date: 1978-12-21
Also published as: DE2452107C3; US3997802A; FR2289957B1; IT1049001B; GB1478247A; FR2289957A1; DE2452107A1; JPS5167949A

Description

Die Erfindung betrifft eine temperaturkompensierte Z-Diodcnanordniing entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs I. Derartige tcmperaturkompcnsicrlc /-Diodenanordnungen, wie sie aus der DE-OS 15 89 707 bekannt sind, weisen einen solch niedrigen Temperaturkoeffizienten auf, daß ihre Verwendung in kapazitätsdiodenabgestimmten Rundfunk- und Fernsehempfängern möglich ist, wo sie die zur Abstimmung der Kapazitätsdioden erforderliche temperaturstabile und konstante Vorspannung erzeugen. Hierbei werden die bekannten temperaturkompensierten Z-Diodenanordnungen wie eine übliche Z-Diode betrieben, d. h. es wird mittels eines Vorwiderstandes, der einseitig an einer nichtstabilisierten Gleichspannungsquelle liegt, eine übliche Parallelstabilisierungsschaltung gebildet.

Aufgrund der Weiterentwicklung der Tuner zu vollelektronischen Tunern mit Berührungskontaktbetätigung und Fernbedienungsmöglichkeit ist der Strombedarf der mit einer bekannten temperaturkonipensierten Z-Diodenanordnung stabilisierten Abstimmspannungsquelleso groß, daß durch die Z-Diodenanordnungein so hoher Gesamtstrom fließt, daß sie nahe bei der maximal zulässigen Verlustleistung betrieben wird, d. h. die Temperatur des Halbleiterkörpers kann bis zu 100⁰C höher als die Umgebungstemperatur liegen. Die Gehäusetemperatur der temperaturkompensierten Z-Diodenanordnung liegt dabei nur wenig niedriger als die Temperatur des Halbleiterkörpers.

Eine Ursache für Temperaturänderungen des Halbleiterkörpers liegt in Schwankungen der unstabilisierten Spannung, z. B. .aufgrund von Scnwankungen der Netzspannung. Dies kann dazu führen, daß der Querstrom sich um einen Faktor 2 bis 3 bei Netzschwankungen zwischen +15% und —20% ändert, was zu einer starken Temperaturänderung des Halbleiterkörpers, beispielsweise zu einer Temperaturänderung von 30bis 100⁰C führen kann.

Da andererseits die bekannten temperaturkompensierten Z-Diodenanordnungen selbstverständlich einen zwar minimalen, jedoch noch vorhandenen Temperaturkoeffizienten aufweisen, führen solche starken Halblciterkörpertemperaturändcrungen zu untragbaren Spannungsändenmgen dei stabilisierten Spannung.

Da sich eine Verbesserung des Λ eniperaturkocffi/.ienten bei den bekannten tempera lurkonipensierten Z-Diodenanordnungen mittels halbleitertechnologischcr Maßnahmen unter Berücksichtigung des vertret- ba: en Aufwands verbietet, ist es Aufgabe der Erfindung, eine temperaturkompensierte Z-Diodcnanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art so weiterzubilden, daß in der integrierten Halbleiterschaltung wesentlich weniger Vcrlustwarme entsteht als bei den bekannten Anordnungen und somit die Temperatur des Halbleiterkörper nur wenig oberhalb der Umgebungstemperatur liegt, ohne daß die temperaturkompensierenden Eigenschaften der Gcsamlsehaltting beeinträchtigt werden. Dann bleiben auf Schwankungen der Netzspannung zurückgehende Schwankungen der stabilisierten Spannung so gering, tlaß sie nicht zu einer merkbaren Freqiien/verschicbung der mittels Kupazitätsdioden abgestimmten Rundfunk- und Fernsehgeräte führen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kenn/eichen des Anspruchs I angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Anordnung sind in den I Intcransprüchen angegeben.

Durch die Anordnung nach der Erfindung ergibt sich der Vorteil gegenüber den bekannten tcmpcratiirkom pensierten Z-Diodenanordnungen. daß sie bei vertretbarem halbleitertechnologischem Aufwand (Krislallgröße. Verwendbarkeit des Standard-Planarvcrfahrens. gleiches Gehäuse, gleiche max. Verlustleistung) in

Spannungsstabilisierungsschaltungen eingesetzt werden kann, denen der für vollelektronische Tuner erforderliche Strom ohne Beeinträchtigung der Spannungs- und Temperaturstabilisierungseigenschaften entnommen werden kann.

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt das elektrische Schaltbild einer temperaturkompensierten Z-Diodenanordnung nach der Erfindung, und

F i g. 2 zeigt das elektrische Schaltbild einer weiteren temperaturkompensierten Z-Diodenanordnung nach der Erfindung.

In F i g. 1 ist innerhalb des gestrichelten Rechtecks die elektrische Schaltung des integrierten Teils der Z-Diodenanordnung nach der Erfindung gezeigt, wobei das gestrichelte Rechteck das Gehäuse der integrierten Halbleiterschaltung andeuten soll. Als Gehäuse dient insbesondere ein von Transistoren her bekanntes Plastikgehäuse. Die Halbleiterschaltung wird nach dem für die monolithische Integrierung üblichen Planarverfahren in einem Halbleiterkörper hergestellt an dessen einer Oberfläche die für die Halbleiterschaltung benötigten, gegeneinander durch PN-Übergänge isolierten Bezirke, die sogenannten Isolierwannen, angeordnet sind. Das Substrat ist mit einem eigenen elektrischen Kontakt versehen, der in den Fig. 1 und 2 als Quadrat 5 eingezeichnet ist, im Ersatzschaltbild jedoch aufgrund der Tatsache, daß es mit den EinzelEtrukturen der integrierten Schaltung keine funktionelle elektrische Verbindung hat, mit keinem der Elemente des Schaltbildes verbunden ist.

In F i g. 1 sind zwei als Z-Dioden wirkende Transistorstrukturen 7Zl, TZ2 und drei in Durchlaßrichtung des Basis-Emitter-PN-Übergangs geschaltete Transistorstrukturen TFX, TF2. TFi gezeigt, die sämtlich mit ihren Basis-Emitter-PN-Übergängen in Serie geschallet sind und zwischen dem ersten äußeren Anschluß I und dem zweiten äußeren Anschluß Il liegen.

Ferner Met zwischen der Basis der Transistorstruktu; TFX sowie zwischen der Basis der Transisiorstrtiktur TF2 und dem äußeren Anschluß Il jeweils ein Widerstand R 1 bzw. R 2.

An dieser Stelle sei hervorgehoben, daß die Anzahl der in Durchlaßrichtung und der in Sperrichuing des Basis Kmiiter-PN-Übergangs gesci.jlteien Transistor-Mriikturcn vom gewünschten zu stabilisierenden .Spannungswert abhängig ist. wie dies in der eingangs genannten DFi-OS 15 89 707 und auch in der DE-OS 1 5 39 8b7 ausführlich erij'itert ist.

Die beiden in Durchlaßrichtung des Basis-Emitter-PN-Übergangs gcschaltete:i Transistorstrukturen 77-1. Tf'2 sind in einer eigenen Isolierwarine des llalbleiterkörpers angeordnet. Ihre Kollektoren sind zu einem dritten äußeren Anschluß III geführt, während der Emitter der letzten in Durchlaßrichtung des Basis-Emitter-l'N-Übergangs geschalteten Transistorstruktur TF2. die in I·' i g. 1 die letzte der .Serienschaltung ist, am zweiten äußeren Anschluß Il angeschlossen ist.

Die als /.-Dioden wirkenden Transistorstriikturen 7Zl. ΓΖ2 unc/ die weitere in DiirchhiBnchlung des Ba sis- Emitter- PN -Uberga ngs geschaltete Transisiorslruktur 77·'.3 liegen ebenfalls in einer eigenen Isolierwanne und führen mit ihren Kollektoren /um ersten äußeren Anschluß I₁ an dem auch die Basis der Transistorstruktur 77^3 angeschlossen ist.

Zwischen dem ersten und dem dritten äußeren Anschluß I, IU ist außerhalb des Gehäuses der integrierten Halbleiterschaltung ein lineares oder

nichtlineares zweipoliges Bauelement BE angeordnet. Über dieses Bauelement fließt bei Betrieb ein Großteil des durch die temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung fließenden Querstroms, so daß in Verbindung mit dem an diesem Bauelement entstehenden Spannungsubfall ein Großteil der in der Gesamtanordnung entstehenden Verlustwärme außerhalb des Gehäuses der integrierten Halbleiterschaltung entsteht. Dadurch erwärmt sich der Halbleiterkörper in weit geringerem Maße als bei den bekannten temperaterkompensierten Z-Diodenanordnungen, und Schwankungen der ungeregelten Spannung Ub, die über den Vorwiderstand R an der Anordnung hegt, haben einen wesentlich verringerten Einfluß auf die Temperatur der Halbleiterschaltung und damit auf die Konstanz der stabilisierten Spannung IK

In F i v. 2 ist das elektrische Schai'bild einer anderen lemperaturkonipensierten Z-Diodenanordnung nach der Erfindung gezeigt, bei der in der einen Isolierwanne nur die als Z-Dioden wirkenden Trarisistorslrukturen

2Ί angeordnet sind. Dabei liegt der Emitier der Transistor-Struktur TZX am ersten äußeren Anschluß I. Ais nichllineares zweipoliges Bauelement ist die Z-Diode /. vorgesehen, die zwischen dem ersten und dem dritun äußeren Anschluß I. III angeordnet ist. ihre Z-Spannur.g ist so zu wählen, daß die Transistorstrukturen TrX. 77 2 im stationären Betrieb nicht im Sauigungstx-rei-.n arbeiten.

Durch den gegenüber den bekannten iemperjVjr kompensierten Z-Diodenanordnungen andersartiger·

i") Aufbau der integrierten ilaiblenerv hjU'.mg kann be: Betrieb der Anordnung nach der Erfindung eine unerwünschte .Schwingneigung der Schalung auftreten, d.h.. die Gesamtschaltung wirkt in ii'!erv.nv..v!er Weise als Generator einer hochfrequente') ScH¹A :n.·..· _t-

»o Zur Vermeidung dieses möglichen Effektes v.:r:| he eir<:r bevorzugten Weiterbildung der Anordnung :;.;.' der Erfindung der Halbleiterkörper über s*.,;-.;:-. Substratanschiuß .S mit dem dritten äußeren Anv.r.h, '. Ill verbunden. Bei üblichen integrierten Halb.eilersc'u·.!

π Hingen wird dagegen der .Substratanschiuß rr.oglic;.¹' mit dem negativsten Punkt der Gesamtschalturii: verbunden. Hiervon weicht die bevorzugte Weiterbildung der Anordnung nach der Erfindung bewußt ab durch die Verbindung des Substratanschlusses m:

Vi einem Schaltungspunkt, dessen Potential im Betrieb sogar starken Sphnnungsschwankungen unterworfen sein kann, nämlich dann, wenn als zweipoliges Bauelement Bl: ein Bauelement ohne ausgeprägte Begrcn/ungscharakteristik. wie z.B. ein ohmschc

y, Widerstand oder ein VDR-Widerstand ver.sendel w ν J. Diese Maßnahme führt überraschenderweise /ι; eier erwünschten Schwingungsunterdrückung, ohne den beabsichtigten Betrieb der Gesamischaltung als tempelaturkompensiertc Z-Diodenanordnung /u stören

Als zweipoliges Bauelement kann, wie bereits erwähnt, cmc /-Diode, ein ohmscher Widerstand oder ein VDR-Widerstand verwendet weilen. Darüber hinaus können jedoch auch Glimmlampen als zweipoliges Bauelement eingesetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung

in Form einer in ein Gehäuse eingebauten integrierten Halbleiterschaltung, die aus mehreren in Isolierwannen eines gemeinsamen mit einem Substratanschluß versehenen Halbleiterkörpers angeordneten und durch aufgebrachte Metallisierungen untereinander verbundenen Transistorstrukturen besteht, bei der die Basis-Emitter-PN-Übergänge der Transistorstrukturen bezüglich der Richtung des im Betrieb fließenden Gesamtstroms derart in Reihe geschaltet sind, daß ein Teil davon in Sperrichtung bis ins Abbruchgebiet als Z-Dioden \s und die restlichen in Durchlaßrichtung betrieben sind, und bei der der Emitter der das erste Glied der Reihenschaltung bildenden, als Z-Diode wirkenden Transistorstruktur oder Basis und Kollektor einer das erste Glied der Reihenschaltung bildenden, in Durchlaßrichtung des Basis-Emitter-PN-Übergangs geschalteten Transistorstruktur mit einem ersten äußeren Anschluß und der Emitter der das letzte Glied der Reihenschaltung bildenden, in Durchlaßrichtung des Basis-Emitter-PN-Übergangs geschalteten Transistorstruktur mit einem zweiten äußeren Anschluß verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die als Z-Dioden wirkenden Transistorstrukturen (TZi, TZ2) in einer ersten Isolierwanne und mindestens ein das letzte Glied (TF2) der Reihenschaltung enthaltender Teil der in Durchlaßrichtung des Basis-Emitter-PN-Übergangs geschalteten Transis'orstru'ruren (TFi, TF2) in einer zweiten Isolierwanne angeordnet sind, daß die Kollektoren der in der /' citen Isolierwanne angeordneten Transistorstrukturen mit einem dritten äußeren Anschluß (III) verbunden sind und daß an den ersten (I) und den dritten äußeren Anschluß (III) ein außerhalb des Gehäuses der integrierten Halbleiterschaltung angeordnetes zweipoliges Bauelement angeschlossen ist. das so ausgebildet ist. daß im Betrieb ein Großteil des durch die Z-Diodenanordnung fließenden Querstroms darüberfließ! und in ihm einen Großteil der in der Anordnung entstehenden Verlustwärme erzeugt. V)

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der das erste Glied der Reihenschaltung eine als Z-Diode wirkende Transistorstruktur ist, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche in Durchlaßrichtung des Basis-Emitter-PN-Übergangs geschaltete Transi- ίο storstriikturen (TFi, TF2) in der zweiten Isolierwanne des Halblcitcrkörpers angeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (S) des Halbleitersubstrats mit dem dritten äußeren Anschluß r> (III) verbunden ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als zweipoliges Bauelement ein ohmschcr Widerstand, ein VDR-Widerstand, eine Z-Diode oder eine Glimmlampe dient. 1 -> >