DE2645182C2

DE2645182C2 - Temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung, Betriebsschaltung hierfür und Verwendung der Anordnung mit dieser Betriebsschaltung

Info

Publication number: DE2645182C2
Application number: DE2645182A
Authority: DE
Inventors: Rolf-Dieter Dipl.-Ing. 7830 Emmendingen Burth
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1976-10-07
Filing date: 1976-10-07
Publication date: 1983-02-10
Also published as: DE2645182A1; FR2367351B1; IT1085448B; JPS5347280A; FR2367351A1; GB1567984A; US4171492A

Description

Die Erfindung betrifft eine temperaturkompensierte Z-Diodensnordnung 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-imitter-pn-Übergänge der Transistorstrukturen bezüglich der Richtung des im Beineb 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 Transistorsiruklur 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, wie sie aus der DE-OS und der zugehörigen DE-AS 15 89 707. der DE-OS und der zugehörigen DE-AS 16 39 173 und der DE-OS 17 64 251 prfcaipiell bekannt ist.

Diese temperaturkompensierten Z-Diodenanordnungen weisen einen derart ausreichend niedrigen Temperaturkoeffizienten auf. daß ihre Verwendung in mil Kapazitätsdioden bestückten Rundfunk- und Fernsehgeräten möglich ist. wo sie die zur Abstimmung der Kapazitätsdioden erforderliche temperaiurstabile 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 unstabilisicrtcn Gleichspannungsnucllc liegt, eine übliche Parallclstabilisicrungsschsltung £-;hildet.

Aufgrund der Weiterentwicklung der Tuner zu volleleklronischen 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 Abstimmungswert, schlagartig geändert, so wird der den nunmehrigen Verhältnissen entsprechende thermische Gleichgewichtszustand erst nach einem unter Umständen länger dauernden thermischen Einschwingvorgang erreicht, da durch das Umschalten auf ein anderes Tastverhältnis die thermische Belastung der Z-Dindcnanoi'dnung sich ürdert.

Das aufgezeigte Problem ließe sich /war dadurch lösen, daß die bekannten teniperamrkompensierten /Dioden hinsichtlich ihrer Temperatur erhaltcns um ein bis zwei Größenordnungen \erbessert wurden, also der Temperaturkoeffizient um ein bis zwei Größenordnungen verkleinert wurde. K.nc derartige Verbesserung

mittels halbleiieriechnoiogiacher Maßnahmen verbietet sich jedoch unter Berücksichtigung des vertretbaren Aufwands.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine temperaturkoinpensierie Z-Diodenanordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sie 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 (Kristallgrößc. Verwendbarkeit des Standard-Planarverfahrens. gleiches Gehäuse, gleiche maximale Verlustleistung) dem erwähnten Schaltbetrieb ausgesetzt werden können, ohne daß die Spannungs- und zu Temperaturstabilisierungseigenschaften beeinträchtigt sind.

Diese Aufgabe wird durch die Maßnahrr-cn des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und entsprechende Beiriebsschaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Aus den DE-OS 20 37 636 und 22 58 011 ist es zwar bekannt, bei mit Z-Dioden vergleichba^ren integrierten Parallelregelschaltungen einen besonders niedrigen Temperaturkoeffizienten dadurch zu erreichen, daß sich auf demselben Halbleiterkristall ein verlustleistungsabgebendes 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 integriert«. 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.

F i g. I zeigt das elektrische Ersatzschaltbild einer temperaturkonipensierten Z-Diodcnanordnung. und

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

In F i g. I ist innerhalb des gestrichelten Rechtecks die elektrische Ersatzschaltung der Z-Diodenanordnung 1 gezeigt, wobei das gestrichelte Rechteck deren Gehäuse

2 andeuten soll. Als Gehäuse kann insbesondere ein von 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 Spcrrichtung, teils in Flußrichtung betriebenen Basis-Emitter-pn-Übergänge der einzelnen Transistorstrukturen, die fur die Zw ecke der Beschreibung als /eigentliche /Diode« bezeichnet werden. Der eigentlichen /-Diode

3 ist die Kollektor-Emitter-Strecke der ersten Zusatztransistorstrukuir 4 parallelgeschaltct. die im selben t-Ί 11 ilblenerkorper angeordnet ist. Diese Parallelschal- die Schall,1 lung hegt /wischen dem ersten äußeren Anschluß 1 als Kathode der /.-Diodenaii'rdnunL' I und dem /weiten äußeren Anschluß II als deren Anode. Entsprechend ist die Anode der eigentlichen Z-Diode 3 mit dom äußeren Anschluß I und deren Kathode mit drin äußeren Anschluß Il verbunden.

Zwischen den zweiten äußeren Anschluß Il und den dritten äußeren Anschluß III ist die Serienschaltung aus der Emitter-Kollektor-Strecke der /weiten Zusatztransistorstruktur 5 und der verlustleistungsabgebenden Schallungsstruktur 6 bzw. 6' geschaltet. Dabei ist die zweite Zusatztransistorstruktur 5 ebenfalls im Halbleiterkörper und die Verlustleistungsabgebende Schaltungsstruktur 6 bzw. 6' im oder auf dem Halbleiterkörper angeordnet.

Die Basen der ersten und zweiten Zusatztransistorstruktur 4, 5 sind mit dem vierten äußeren Anschluß IV verbunden.

Als verlustleistungsabgebende Schaltungsstruktur 6, 6' kann beispielsweise eine Diodenstruktur, eine Transistorstruktur oder auch eine diffundierte Widerstandsstruktur oder ein aufgedampfter Widerstand dienen. Die Schaltungsstruktur 6,6' kann, wie in F i g. I gezeigt, entweder zwischen dem Emitter der zweiten Transistorstruktur 5 und dem zweiten äußeren Anschluß

II und/oder zwischem 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 F i g. 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 spannungsführenden Pol + einer Betriebsspannungsquelle t/everbunden.sodaßdie 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 Hilfsspannungsqueile Uu. deren Spannungswert unter Berücksichtigung der in der Schaltungsstruktur 6 erzeugten Verlustleistung und unter Berücksichtigung des Widerstandswerts des Vorwiderstands 7 so gewählt ist. daß die in der temperaturkompensierten 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, welche letzterer am Schaltungsnullpunkt liegt, ist der Eingang der dreistufigen /iC-Siebschaltung 9 angeschlossen, an deren Ausgang 10 die Abstimmspannung mit der geforderten Temperaturkonstanz entnommen werden kann.

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 Betriebiar: kann die Betriebsschaltung von F i g. 2 über den <!rif.cn und vierten äußeren Anschluß III, IV eine die /weile Zusal/transistorstriiklur 5 leitend steuernde und durch

8 einen derartigen S;n> <n

schickende äußere Beschallung ergänzt werden, dall im >stand-by«-Betrieb bereits eine Vorheizung der tempo-

riiuirkompensierlen /.-Dioilenaminlmini! I erfnljM. Dies Li 1.11 sich in einfacher Weise iliiivh einsprechende iiiiHere Wiclcrstiiiulslicschiilluni!. beispielsweise mittels eines Vorwiclersliiiuls am alliieren Anscliliil.l III und eines Spannungsteilers am iinl.leren /\ lisch luft IV erreichen.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung in Form einer integrierten Halbleiterschaltung, die aus mehreren in einem gemeinsamen Halbleiterkörper angeordneten und durch aufgebrachte Metallisierungen untereinünder verbundenen Transistorsirukturen besteht, bei der die Basis-Emitier-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 Transisiorstruktur zusammen mit dem Kollektor dieser Transistorstruktur mit einem ersten äußeren Anschluß und der Emitter der letzten als Flußdiode wirkenden Transiston.i."uktur mit einem zweiten äußeren Anschluß verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Halbleiterkörper eine mit ihrer Kollektor-Emitter-Strecke zwischen den ersten (I) und zweiten (II) äußeren Anschluß geschaltete erste Zusaiztransistorstrukiur (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, 6') und aus der Emitter-KoU>k5or-Strecke einer im Halbleiterkörper angeordneten zweiten Zusatztransisiorstruktur (5) geschaltet ist und baß die rfasen der ersten und zweiten Zusatztra.nsistorstruktureri (4,5) gemeinsam mit einem vierten äußeren Ansc, Juß (IV) verbunden jj sind.
2. Z-Diodenanordnung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß als verlustleislungsabgebende Schaltungsstrukturen (6, 6') diffundierte Widerstandsstrukturen, aufgedampfte Widerstände, Di- *o odenstrukturen oder weitere Transistorstrukturen dienen.
3. Z-Diodenanordnung nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die verlustleistungsabgcbende Schaltungsslruktur (6, 6') die Transistorstrukturen im Halbleiterkörper ringförmig umgibt.
4. Betriebsschaltung für temperaturkompensierte Z-Diodenanordnungen nach einem der Ansprüche I bis 3 mit über einen Vorwiderstand am spannungsführenden Pol einer Betriebsspannungsquelle liegendem ersten äußeren Anschluß und am Schaltungsnullpunki liegendem zweiten äußeren Anschluß, dadurch gekennzeichnet, daß dem vierten äußeren Anschluß (IV) eine tastverhältnis-veränderliche Impulsfolge zugeführt ist, daß der dritte äußere Anschluß (III) mit dem spannungsführenden Pol ( + ) einer Hilfsbetriebsspannungsquelle (Un) verbunden ist und daß zwischen dem ersten und zweiten äußeren Anschluß (I. II) der Eingang einer Siebschaltung (9) liegt.
3. Betriebsschaltung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß am vierten äußeren Anschluß (IV) zusätzlich eine die /weile Zusatziransistorslruktur(5) dauernd leitend steuernde Spannung liegt.
6. Verwendung der temperaiurkompensicrten /-Diodenanordnung nach einem der Ansprüche I lis 3 :nit einer Betriebsschaltung nach Anspruch 4 oder 3 in kapti/iliitsdiodenahgesiimmten Rundfunk- oder Fernsehgeräten zur Erzeugung der Abstimmspannung-