DE2645182A1

DE2645182A1 - Temperaturkompensierte z-diodenanordnung

Info

Publication number: DE2645182A1
Application number: DE19762645182
Authority: DE
Inventors: Rolf-Dieter Dipl Ing Burth
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1976-10-07
Filing date: 1976-10-07
Publication date: 1978-04-13
Also published as: JPS5347280A; FR2367351A1; GB1567984A; IT1085448B; FR2367351B1; US4171492A; DE2645182C2

Description

Deutsche ITT Industries GmbH . R.D. Burth - 15

7800 Freiburg i. Br. 1. Oktober 1976

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I. BR.

Temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung

Die Erfindung betrifft eine temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung in Form einer integrierten Halbleiterschaltung, die aus mehreren in einem gemeinsamen Halbleiterkörper 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 und die restlichen in Flußrichtung als Flußdioden betrieben sind, und bei der der Emitter der ersten als Z-Diode wirkenden Transistorstruktur oder die Basis einer als Flußdiode wirkenden Transistorstruktur zusammen mit dem Kollektor dieser Transistorstruktur mit einem

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ersten äußeren Anschluß und der Emitter der letzten als Flußdiode wirkenden Transistorstruktur mit einem zweiten äußeren Anschluß verbunden sind, wie sie aus der DT-OS und der zugehörigen DT-AS 15 89 7O7, der DT-OS und der zugehörigen DT-AS 16 39 173 und der DT-OS 17 64 251 prinzipiell bekannt ist.

Diese temperaturkompensierte Z-Diodenanordnungen weisen einen derart ausreichend niedrigen Temperaturkoeffizienten auf, daß ihre Verwendung in mit Kapazitätsdioden bestückten Rundfunk- und Fernsehempfängern möglich ist, wo sie die zur Abstimmung der Kapazitätsdioden erforderliche temperaturstabile und konstante Vorspannung erzeugen. Hierzu werden die bekannten temperaturkompensierten Z-Diodenanordnungen wie übliche Z-Dioden betrieben, d. h. es wird mittels eines Vorwiderstands, der einseitig an einer unstabilisierten Gleichspannungsquelle liegt,- eine übliche Parallels.tabilisierungsschaltung gebildet.

Aufgrund der Weiterentwicklung der Tuner zu vollelektronischen Tunern mit Berührungskontaktbetätigung, Fernbedienungsmöglichkeit und Erzeugung der den einzelnen Empfangskanälen zugeordneten konkreten Spannungswerte mittels einer in ihrem Tastverhältnis veränderlichen Impulsfolge ergibt sich eine neuartige Betriebsweise für die bekannten temperaturkompensierten Z-Diodenanordnungen. Diese besteht darin, daß sie mittels eines ihnen parallelgeschalteten und von der Impulsfolge' veränderlichen Tastverhältnisses gesteuerten Schalters periodisch kurzgeschlossen werden. Bei längerem Betrieb mit konstantem Tastverhältnis stellt sich zwar ein thermisch stationärer Zustand an den Z-Diodenanordnungen ein, wird jedoch das Tastverhältnis beim Umschalten auf einen anderen einzustellenden Sender, also beim Umschalten auf einen anderen Abstimmspannungswert, schlag-

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artig geändert, so wird der den nunmehrigen Verhältnissen entsprechende thermische Gleichgewichtszustand erst nach einem unter Umständen langer dauernden thermischen Einschwingvorgang erreicht, da durch das Umschalten auf ein anderes Tastverhältnis die thermische Belastung der Z-Diodenanordnung sich ändert.

Das aufgezeigte Problem ließe sich zwar dadurch lösen, daß die bekannten temperaturkompensierten Z-Dioden hinsichtlich ihres Temperaturverhaltens um ein bis zwei Größenordnungen verbessert würden, also der Temperaturkoeffizient um ein bis zwei Größenordnungen verkleinert würde. Eine derartige Verbesserung mittels halbleitertechnologischer Maßnahmen verbietet sich jedoch unter Berücksichtigung des vertretbaren Aufwands.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung anzugeben, die beim erläuterten periodischen Schalt- bzw. Kurzschlußbetrieb keine stärkere Temperaturdrift aufweist als im stationären Betrieb, d. h. die im Schalt- bzw. Kurzschlußbetrieb auftretenden Schwankungen der stabilisierten Spannung sollen so gering bleiben, daß sie nicht zu einer merkbaren Frequenzverschiebung der mittels Kapazitätsdioden abgestimmten Rundfunk- oder Fernsehgeräte führen. Die bekannten temperaturkompensierten Z-Diodenanordnungen sollen also so verbessert werden, daß sie bei vertretbarem halbleitertechnologischem Aufwand (Kristallgröße, Verwendbarkeit des Standard-Planarverfahrens, gleiches Gehäuse, gleiche maximale Verlustleistung) dem erwähnten Schaltbetrieb ausgesetzt werden können, ohne daß die Spannungs- und Temperaturstabilisierungseigenschaften beeinträchtigt sind.

Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der

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Erfindung und entsprechende Betriebsschaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Aus den DT-OSen 20 37 636 und 22 58 011 ist es zwar bekannt, bei mit Z-Dioden vergleichbaren integrierten Parallelregelschaltungen einen besonders niedrigen Temperaturkoeffizienten dadurch zu erreichen, daß sich auf demselben Halbleiterkristall ein verlustleistungabgebendes Bauelement befindet, das den Halbleiterkristall aufheizt, und ferner die in diesem Bauelement erzeugte Verlustleistung mittels eines Regelkreises in Abhängigkeit von der Kristalltemperatur so zu regeln, daß die Kristalltemperatur einen Sollwert einhält. Wie dieser Stand der Technik jedoch zeigt, sind diese Anordnungen schaltungstechnisch äußerst umfangreich und ergeben eine aus vielen Einzelstrukturen bestehende integrierte Schaltung. Demgegenüber ist die Anordnung nach der Erfindung wesentlich einfacher aufgebaut, da die gestellte Aufgabe mit wesentlich einfacheren Mitteln lösbar ist.

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

Fig. 1 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild einer temperaturkompensxerten Z-Diodenanordnung nach der Erfindung, und

Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Betriebsschaltung für die Anordnung nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist innerhalb des gestrichelten Rechtecks die elektrische Ersatzschaltung der Z-Diodenanordnung 1 nach der Erfindung gezeigt, wobei das gestrichelte Rechteck deren Gehäuse 2 andeuten soll. Als Gehäuse kann insbesondere ein von

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Transistoren her bekanntes Plastikgehäuse mit vier Anschlüssen dienen, das sogenannte "Pancake"-Gehäuse.

Das Z-Dioden-Schaltzeichen 3 symbolisiert die entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 teils in Sperrichtung, teils in Flußrichtung betriebenen Basis-Emitter-pn-Übergänge der einzelnen Transistorstrukturen, die für die Zwecke der Beschreibung als "eigentliche Z-Diode" bezeichnet werden. Der eigentlichen Z-Diode 3 ist die Kollektor-Emitter-Strecke der ersten Zusatztransistorstruktur 4 parallelgeschaltet, die im selben Halbleiterkörper angeordnet ist. Diese Parallelschaltung liegt zwischen dem ersten äußeren Anschluß I als Kathode der Z-Diodenanordnung 1 und dem zweiten äußeren Anschluß II als deren Anode. Entsprechend ist die Anode der eigentlichen Z-Diode 3 mit dem äußeren Anschluß I und deren Kathode mit dem äußeren Anschluß II verbunden.

Zwischen den zweiten äußeren Anschluß II und den dritten äußeren Anschluß III ist die .Serienschaltung aus der Emitter-Kollektor-Strecke der zweiten Zusatztransistorstruktur 5 und der verlustleistungabgebenden Schaltungsstruktur 6 bzw. 6¹ geschaltet. Dabei ist die zweite Zusatztransistorstruktur 5 ebenfalls im Halbleiterkörper und die verlustleistungabgebende

« Schaltungsstruktur 6 bzw. 6¹ im oder auf dem Halbleiterkörper

angeordnet.

Die Basen der ersten und zweiten Zusatztransistorstruktur 4, sind mit dem vierten äußeren Anschluß IV verbunden.

Als verlustleistungabgebende Schaltungsstruktur 6, 6¹ kann beispielsweise eine Diodenstruktur, eine Transistorstruktur oder auch eine diffundierte Widerstandsstrüktur oder ein auf-

— D —'

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gedämpfter Widerstand dienen. Die Schaltungsstruktur 6, 6¹ kann_f wie in Fig. 1 gezeigt, entweder zwischen dem Emitter der zweiten Transistorstruktur 5 und dem zweiten äußeren Anschluß II und/oder zwischen dem Kollektor der zweiten Transistorstruktur 5 und dem dritten äußeren Anschluß III elektrisch angeordnet werden. Sie kann außerdem die Transistorstruktur ringförmig umgeben.

In Fig. 2 ist eine vorteilhafte Betriebsschaltung für die temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung 1 nach Fig. 1 gezeigt, die sich insbesondere zur Verwendung in Fernsehempfängern mit digitaler Erzeugung der Abstimmspannung eignet. Der erste äußere Anschluß ist über den Vorwiderstand 7 mit dem spannungs führenden Pol + einer Betriebsspannungsquelle U_n verbunden, so daß die eigentliche Z-Diode 3 in üblicher Weise zusammen mit dem Vorwiderstand 7 eine Parallelstabilisierungsschaltung bildet.

Der dritte äußere Anschluß III liegt am spannungsführenden Pol + der Hilfsspannungsquelle ü , deren Spannungswert unter Berücksichtigung der in der Schaltungsstruktur 6 erzeugten Ver lustleistung und unter Berücksichtigung des Widerstandswerts des Vorwiderstands 7 so gewählt ist, daß die in der temperatur kompensierten Z-Diodenanordnung 1 umgesetzte Verlustleistung konstant ist, wenn mit dem vierten äußeren Anschluß IV der Impulsgenerator 8 verbunden ist, der die bereits mehrfach erwähnte Impulsfolge mit veränderlichem Tastverhältnis erzeugt.

Zwischen den äußeren Anschlüssen I und II, welch letzterer am Schaltungsnullpunkt liegt, ist der Eingang der dreistufigen RC-Siebschaltung 9 angeschlossen, an deren Ausgang 10 die Abstimmspannung mit der geforderten Temperaturkonstanz entnommen werden kann.

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Die temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung nach der Erfindung kann auch an den heute bereits üblichen Betrieb von Fernsehgeräten mit sogenannter "stand-by"-Heizung angepaßt werden, bei der die Bildröhre mit Schnellheizkathoden ausgerüstet ist und bei "ausgeschaltetem" Gerät auch weitere Schaltungsteile schon mit Spannung versorgt sind, vorausgesetzt, daß Netzspannung anliegt. Bei dieser Betriebsart kann die Betriebsschaltung von Fig. 2 über den dritten und vierten äußeren Anschluß III, IV eine die zweite Zusatztransistorstruktur 5 leitend steuernde und durch die Schaltungsstruktur 6 einen derartigen Strom schickende äußere Beschaltung ergänzt werden, daß im "stand-by"-Betrieb bereits eine Vorheizung der temperaturkompensierten Z-Diodenanordnung 1 erfolgt. Dies läßt sich in einfacher Weise durch entsprechende äußere Widerstandsbeschaltung, beispielsweise mittels eines Vorwiderstands am äußeren Anschluß III und eines Spannungsteilers am äußeren Anschluß TV erreichen.

6 Patentansprüche

1 Blatt Zeichnung

mit 2 Figuren

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/IQ

Leerseite

Claims

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Patentansprüche

Temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung in Form einer integrierten Halbleiterschaltung, die aus mehreren in einem gemeinsamen Halbleiterkörper angeordneten und durch aufgebrachte Metallisierungen untereinander verbundenen Transistorstrukturen besteht, bei der die Basis-Emitterpn-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 und die restlichen in Flußrichtung als Flußdioden betrieben sind, und bei der der_ Emitter der ersten als Z-Diode wirkenden Transistorstruktur oder die Basis einer als Flußdiode wirkenden Transistorstruktur zusammen mit dem Kollektor dieser TransistorStruktur mit einem ersten äußeren Anschluß und der Emitter der letzten als Flußdiode, wirkenden Transistorstruktur mit einem zweiten äußeren Anschluß verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Halbleiterkörper eine mit ihrer Kollektor-Emitter-Strecke zwischen den ersten ti) und zweiten (II) äußeren Anschluß geschaltete erste Zusatztransistorstruktur (4) angeordnet ist, daß zwischen den zweiten äußeren Anschluß (II) und einen dritten äußeren Anschluß (III) die Serienschaltung aus mindestens einer im oder auf dem Halbleiterkörper angeordneten, verlustleistungabgebenden Schaltungsstruktur (6, 6¹) und aus der Emitter-Kollektor-Strecke einer im Halbleiterkörper angeordneten zweiten Zusatztransistorstruktur (5) geschaltet ist und daß die Basen der ersten und zweiten Zusatztransistorstrukturen (4, 5) gernei.nsam mit einem vierten äußeren Anschluß (IV) verbunden sind. -

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2. Z-Diodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als verlustleistungabgebende Schaltungsstrukturen (6, 6') diffundierte Widerstandsstrukturen, aufgedampfte Widerstände, Diodenstrukturen oder Transistorstrukturen dienen.
3. Z-Diodenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verlustleistungabgebende Schaltungsstruktur (6, 6') die Transistorstrukturen im Halbleiterkörper ringförmig ,umgibt.
4. Betriebsschaltung für temperaturkompensierte Z-Diodenanordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit über einen Vorwiderstand am spannungsführenden Pol einer Betriebsspannungsquelle liegendem ersten äußeren Anschluß und am Schaltungsnullpunkt liegendem zweiten äußeren Anschluß, dadurch gekennzeichnet, daß dem vierten äußeren Anschluß (IV) eine im Tastverhältnis veränderliche Impulsfolge zugeführt ist, daß der dritte äußere Anschluß (III) mit dem spannungsführenden Pol (+) einer Hilfsbetriebssparinungsquelle (U„)

verbunden ist und daß zwischen dem ersten und zweiten äußeren Anschluß (I, II) der Eingang einer Siebschaltung (9) liegt.
5. Betriebsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am vierten äußeren Anschluß (IV) eine die zweite Zusatz trans isto rs truktur (5) dauernd leitend steuernde Spannung liegt.
6. Verwendung der temperaturkompensierten Z-Diodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Betriebsschaltung nach Anspruch 4 oder 5 in kapazitätsdiodenabgestiinmten Rundfunk- oder Fernsehgeräten zur Erzeugung der Abstimmspannung.

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