DE2452107C3

DE2452107C3 - Temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung

Info

Publication number: DE2452107C3
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: 1979-08-23
Also published as: GB1478247A; IT1049001B; JPS5167949A; US3997802A; FR2289957B1; FR2289957A1; DE2452107B2; DE2452107A1

Description

Die Erfindung betrifft eine temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige temperaturkompensierte Z-Diodenanordnungen, wie sie aus der DF-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 temperaturkompensierten Z-Diodenanordnung stabilisierten Abstimmspannungsquelle so groß, daß durch die Z-Diodenanordnung ein so hoher Gesamtstrom fließt, daß sie nahe bei der maximal zulässigen Verlustleistung betrieben wird, d.h. die Temperatur des Halbleiterkörpers kann bis zu 100° C 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 Schwankungen 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 Terriperaiuranderung des Halbleiterkörpers, beispielsweise zu einer Temperaturänderung von 30 bis 100° C führen kann.

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

Da sich e'ne Verbesserung des Temperaturkoeffizienten bei den bekannten temperaturkompensierten Z-Diodenanordnungen mittels halbleitertechnologischer Maßnahmen unter Berücksichtigung des vertretbaren Aufwands verbietet, ist es Aufgabe der Erfindung, eine temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art so weiterzubilden, daß in der integrierten Halbleiterschaltung wesentlich weniger Verlustwärme entsteht als bei den bekannten Anordnungen und somit die Temperatur des Halbleiterkörpers nur wenig oberhalb der Umgebungstemperatur liegt, ohne daß die temperaturkompensierenden Eigenschaften der Gesamtschaltung beeinträchtigt werden. Dann bleiben auf Schwankungen der Netzspannung zurückgehende Schwankungen der stabilisierten Spannung so gering, daß sie nicht zu einer merkbaren Frequenzverschiebung der mittels Kapazitätsdioden abgestimmten Rundfunk- und Fernsehgeräte führen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Anordnung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Anordnung nach der Erfindung ergibt sich der Vorteil gegenüber den bekannten temperaturkompensierten Z-Diodenanordnungen, daß sie bei vertretbarem halbleitertechnologischem Aufwand (Kristallgröße, Verwendbarkeit des Standard-Planarverfahrens, 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 F i g. 1 und 2 als Quadrat S eingezeichnet ist, im Ersatzschaltbild jedoch aufgrund der Tatsache, daß es mit den Einzelstrukturen der integrierten Schaltung keine funkiioneüe 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-Obergangs geschaltete Transistorstrukturen TFl, TF2, TF3 gezeigt, die sämtlich mit ihren Basis-Emitter-PN-Übergängen in Serie geschaltet sind und zwischen dem ersten äußeren Anschluß I und dem zweiten äußeren Anschluß II liegen.

Ferner liegt zwischen der Basis der Transistorstruktur TFX sowie zwischen der Basis der Transistorstruktur TF2 und dem äußeren Anschluß II jeweils ein Widerstand R1 bzw. R 2.

An dieser Stelle sei hervorgehoben, daß die Anzahl der in Durchlaßrichtung und der in Sperrichtung des Basis-Emitter-PN-Übergangs geschalteten Transistorstrukturen vom gewünschten zu stabilisierenden Spannungswert abhängig j_st, wie dies in der eingangs genannten DE-OS 15 89 707 und auch in der DE-OS 15 39 867 ausführlich erläutert ist

Die beiden in Durchlaßrichtung des Basis-Emitter-PN-Übergangs geschalteten Transistorstrukturen TFX, TF2 sind in einer eigenen Isolierwanne des Halbleiterkörpers angeordnet Ihre Kollektoren sind zu einem dritten äußeren Anschluß III geführt, während der Emitter der letzten in Durchlaßrichtung des Basis-Emitter-PN-Übergangs geschalteten Transistorstruktur TF2, die in F i g. 1 die letzte der Serienschaltung ist am zweiten äußeren Anschluß II angeschlossen ist

Die als Z-Dioden wirkenden Transistorstrukturen TZX, TZ2 und die weitere in Durchlaßrichtung des Basis-Emitter-PN-Übergangs geschaltete Transistorstruktur TF3 liegen ebenfalls in einer eigenen Isolierwanne und führen mit ihren Kollektoren zum ersten äußeren Anschluß I, an dem auch die Basis der Transistorstruktur TF3 angeschlossen ist

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

s 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 Spannungsabfall 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 temperaturkompensierten

is Z-Diodenanordnungen, und Schwankungen der ungeregelten Spannung Ub, die über den Vorwiderstand R an der Anordnung liegt haben einen wesentlich verringerten Einfluß auf die Temperatur der Halbleiterschaltung und damit auf die Konstanz der stabilisierten Spannung Us.

In F i g. 2 ist das elektrische Schaltbild einer anderen temperaturkompensierten Z-Diodenanordnung nach der Erfindung gezeigt bei der in der einen Isolierwanne nur die als Z-Dioden wirkenden Transistorstrukturen angeordnet sind. Dabei liegt der Emitter der Transistorstruktur 7Zl am ersten äußeren Anschluß I. Als nichtlineares zweipoliges Bauelement ist die Z-Diode Z vorgesehen, die zwischen dem ersten und dem dritten äußeren Anschluß I, III angeordnet ist Ihre Z-Spannung ist so zu wählen, daß die Transistorstrukturen TF1, TF2 im stationären Betrieb nicht im Sättigungsbereich arbeiten.

Durch den gegenüber den bekannten temperaturkompensierten Z-Diodenanordnungen andersartigen Aufbau der integrierten Halbleiterschaltung kann bei Betrieb der Anordnung nach der Erfindung eine unerwünschte Schwingneigung der Schaltung auftreten, d.h., die Gesamtschaltung wirkt in unerwünschter Weise als Generator einer hochfrequenten Schwingung.

Zur Vermeidung dieses möglichen Effektes wird bei einer bevorzugten Weiterbildung der Anordnung nach der Erfindung der Halbleiterkörper über seinen Substratanschluß 5 mit dem dritten äußeren Anschluß III verbunden. Bei üblichen integrierten Halbleiterschaltungen wird dagegen der Substratanschluß möglichst mit dem negativsten Punkt der Gesamtschaltung verbunden. Hiervon weicht die bevorzugte Weiterbildung der Anordnung nach der Erfindung bewußt ab durch die Verbindung des Substratanschlusses mit

so einem Schaltungspunkt dessen Potential im Betrieb sogar starken Spannungsschwankungen unterworfen sein kann, nämlich dann, wenn als zweipoliges Bauelement BE ein Bauelement ohne ausgeprägte Begrenzungscharakteristik, wie z. B. ein ohmscher Widerstand oder ein VDR-Widerstand verwendet wird. Diese Maßnahme führt überraschenderweise zu der erwünschten Schwingungsunterdrückung, ohne den beabsichtigten Betrieb der Gesamtschaltung als temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung zu stören.

ho Als zweipoliges Bauelement kann, wie bereits erwähnt, eine Z-Diode, ein ohmscher Widerstand oder ein VDR-Widerstand verwendet werden. Darüber hinaus können jedoch auch Glimmlampen als zweipoliges Bpuelement 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 Transistorstruktu- ren besteht, bei der die Basis-Emitter-PN-Obergänge 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 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 geschal- teten Transistorstruktur mit einem zweiten äußeren Anschluß verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die als Z-Dioden wirkenden Transistorstrukturen (7Zl, 7Z2) in einer ersten Isolierwanne und mindestens ein das letzte Glied (TF2) der Reihenschaltung enthaltender Teil der in Durchlaßrichtung des Basis-Emitter-PN-Übergangs geschalteten Transistorstrukturen [TFi, TF2) in einer zweiten Isolierwanne angeordnet sind, daß die Kollektoren der in der zweiten 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 Bau- « element angeschlossen ist, das so ausgebildet ist, daß im Betrieb ein Großteil des durch die Z-Diodenanordnung fließenden Querstroms darüberfließt und in ihm einen Großteil der in der Anordnung entstehenden Verlustwärme erzeugt

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 Transistorstrukturen (TFl, 7F2) in der zweiten Isolierwanne des Halbleiterkörpers angeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (S) des Halbleitersubstrats mit dem dritten äußeren Anschluß (III) verbunden ist.

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