Der ULN2111A ist ein von Sprague produzierter FM-Detektor und Limiter. Viele Hersteller hatten einen ähnlichen Baustein im Angebot: ECG 708, Motorola MC1357, National Semiconductor LM2111N, Signetics N5111A, Signetics ULN2111A, SGS TAA661, Tesla MAA661, Texas Instruments SN76643N.
Das Datenblatt des ULN2111, das im Sprague Integrated Circuits Data Book von 1982 abgebildet ist, zeigt die integrierten Funktionsblöcke.
Etwas einfacher sind die Funktionen im Datenblatt von Signetics dargestellt. Signetics hatte den Baustein anscheinend unter zwei Bezeichnungen im Programm: N5111A und ULN2111A. Zwischen Sprague und Signetics bestand eine enge Zusammenarbeit. Teilweise wurden sogar Bauteile der jeweils anderen Firma verkauft. Es ist gut möglich, dass hier Signetics auf den Sprague-Baustein umgestiegen ist.
Am Eingang des ULN2111A befindet sich eine Verstärkerstufe, die dafür sorgt, dass für eine Vollaussteuerung nur ein Pegel von 400µV notwendig ist. Der Begriff Limiter rührt daher, dass der Verstärkungsfaktor üblicherweise hoch genug ist, um den Eingangsverstärker zu übersteuern. Die relevante Modulation bleibt dabei erhalten. Die folgenden Schaltungen werden aber bei schwankenden Eingangspegeln weniger gestört, weil der Ausgang des Eingangsverstärkers sowieso fast immer voll ausgesteuert ist. Der Demodulator besteht aus einem Analogmultiplizierer. Extern ist ein Netzwerk zu ergänzen, dass ein um 90° phasenverschobenes Signal erzeugt. Dieses Signal wird mit dem ursprünglichen Signal multipliziert. Das Ergebnis ist eine Ausgangsspannung, die abhängig ist von der Phasenverschiebung der beiden Signale. Die tatsächliche Phasenverschiebung weicht durch die FM-Modulation von den eingestellten 90° ab. So ergibt sich am Ausgang das demodulierte Signal, das nur noch tiefpassgefiltert werden muss.
Das Sprague Integrated Circuits Data Book von 1982 enthält auch einen ausführlichen Schaltplan des ULN2111A, der hier zum besseren Verständnis eingefärbt wurde. Eine Diodenkette erzeugt zwei Spannungen, die der Arbeitspunkteinstellung dienen (hellblau). Die höhere Spannung wird über zwei Transistoren gepuffert, versorgt die Eingangsverstärker und dient für den oberen Teil des Analogmultiplizierer als Bezugspotential. Die zweite Spannung dient als Bezugspotential für die Eingangsverstärker und den unteren Teil des Analogmultiplizierers.
Der Eingangsverstärker besteht aus drei Differenzverstärkerstufen. Der Ausgang einer jeden Stufe wird mit einem Emitterfolger gepuffert. Die erste Verstärkerstufe (rosa) arbeitet mit einer globalen Rückkopplung des Eingangsverstärkers. Am Pin 5 wird üblicherweise ein 100nF-Kondensator angebunden, wodurch das hochfrequente Nutzsignal ein Stück weit von langsamen Pegelschwankungen abgetrennt wird.
Die invertierenden Eingänge der zweiten und der dritten Verstärkerstufe (türkis) sind an das intern erzeugte Bezugspotential angebunden. Der Emitterfolger des dritten Differenzverstärkers stellt die Ausgangsendstufe dar (dunkelgrün). Über zwei Pins können hier unterschiedliche Pegel abgegriffen werden. Der Eingangsverstärker bietet einen typischen Verstärkungsfaktor von 53dB.
Ein Ausgang des Eingangsverstärkers wird intern direkt dem Analogmultiplizierer zugeführt. Das extern zu ergänzende Netzwerk nutzt einen der Ausgänge und erzeugt ein um 90° phasenverschobenes Signal. Das phasenverschobene Signal durchläuft einen weiteren Emitterfolger (gelb), bevor es dem Analogmultiplizierer zugeführt wird.
Der Analogmultiplizierer (rot) besitzt eine Stromsenke mit einem eigenen Referenzpotential (dunkelblau). Der untere Differenzverstärker verarbeitet direkt das Ausgangssignal des Eingangsverstärkers. Die oberen Differenzverstärker erhalten das phasenverschobene Signal aus dem Pufferverstärker. Die Spannungen der Diodenkette definieren die Arbeitspunkte.
Das Ausgangssignal wird über einen Emitterfolger geführt (hellgrün). An das Basispotential muss über den Pin 14 ein Kondensator angebunden werden, worüber sich ein Tiefpassfilter ergibt.
Der ULN2111A enthält einige universell einsetzbaren Schaltungsteile, deren Potentiale über verhältnismäßig viele Pins kontaktierbar sind. Aus diesem Grund eignet sich der Baustein auch gut dazu andere Schaltungen umzusetzen.
Die Kantenlänge des Dies beträgt 1,6mm. Es finden sich darauf einige nicht kontaktierte Elemente und in der linken oberen Ecke die Zahl 11. Wahrscheinlich wurden mit diesem Die mehrere Bausteine realisiert, indem man nur die Maske für die Metalllage auswechselte. 11 könnte entsprechend für den ULN2111A stehen. Der ULN2136 ist quasi der gleiche Baustein, besitzt aber zusätzlich einen einfachen 7,8V-Spannungsregler und kann so mit bis zu 20V versorgt werden. Die nicht eingebundenen Schaltungsteile könnten ausreichen, um einen einfachen Spannungsregler darzustellen.
Im Sprague Integrated Circuits Data Book von 1982 ist die Metalllage des ULN2111A abgebildet. Sie stimmt überhaupt nicht mit dem Design des hier vorliegenden ULN2111A überein. Man kann nur vermuten, dass der Schaltkreis im Lauf der Zeit grundlegend überarbeitet wurde. Nach 12 Jahren ist das durchaus möglich.
