Richi´s Lab

Fairchild UA723HC

Fairchild UA723HC

Fairchild fertigte den LM723 unter der Bezeichnung UA723 beziehungsweise µA723.
Dieser UA723 wurde 1983 produziert.

 

Fairchild UA723HC Die

Das Die ähnelt stark dem Die in der MIL-zertifizierten Variante JM38510/102. Es scheint sich allerdings um einen anderen Revisionsstand zu handeln.

 

Fairchild UA723HC Schaltplan

Fairchild hat für den UA723 eine recht ausführliche Application Note erstellt, die auch einen vollständigen Schaltplan enthält. Der Schaltplan stimmt nicht ganz mit dem vorliegenden UA723 überein, er eignet sich aber gut, um die Funktion des Spannungsregler zu erklären.

Der grüne Schaltungsteil generiert über die Z-Diode D1 eine halbwegs stabile Spannung. Der J-FET Q1 begrenzt in diesem Zusammenhang den Stromfluss durch die Diode D1.

Aus der Spannung, die über die Diode D1 abfällt, erzeugt der Transistor Q2 einen einigermaßen konstanten Strom. Q2 ist der Referenzteil eines weit verteilten, mehrfachen Stromspiegels (blau), der die Arbeitspunkte der verschiedenen Schaltungsteile des LM723 einstellt.

Der türkise Block generiert die Referenzspannung des LM723. Die Referenzspannung setzt sich aus der Durchbruchspannung der Z-Diode D2 und dem Spannungsabfall an R8 zusammen. Beide Komponenten befinden sich in einer Regelschleife. Der Strom durch R8 verursacht einen Spannungsabfall, der über R7 den Transistor Q6 aussteuert. Der Transistor Q6 steuert wiederum die Darlington-Kombination Q4/Q5, die den Stromfluss durch D2 und R8 einstellt.
Erhöht sich die Temperatur des LM723, so reduziert sich die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q6, was darin zu einem höheren Basisstrom und damit auch zu einem höheren Kollektorstrom führt. In der Folge reduziert sich der Stromfluss und der Spannungsabfall über D2/R9. Gleichzeitig führt eine Temperaturerhöhung zu einer Erhöhung der Z-Dioden-Spannung. Stellt man die Regelschleife passend ein, so kompensieren sich die Temperaturdrifts zu einem Großteil und die Referenzspannung bleibt relativ stabil.

Der rosa Block ist der Differenzverstärker des LM723, über den der Soll/Ist-Vergleich des Spannungsreglers erfolgt. Der Transistor Q13 stellt die Stromsenke des Differenzverstärkers dar. Dazu spiegelt der Transistor Q7 den Strom durch den Transistor Q2 im Verhältnis R1/R4 zum Transistor Q10. Der Stromspiegel Q9/Q10/Q13 spiegelt dann diesen Strom wiederum im Verhältnis R9/R11 in den Differenzverstärker.
Der Knoten zwischen dem Transistor Q12 und der Stromquelle Q8 stellt den Ausgang des Differenzverstärkers dar. An diesen Knoten ist auch der Kompensations-Pin angebunden. Um einen stabilen Betrieb sicher stellen zu können, erfolgt über diesen Pin eine Begrenzung des Frequenzgangs.

Auf den Differenzverstärker folgt die rote Endstufe, die durch den Darlingtontransistor Q14/Q15 dargestellt wird. Eingang und Ausgang des Transistors Q15 sind über eigene Pins nach außen geführt, was die Anwendungsmöglichkeiten erweitert. Die Z-Diode D3 (dunkelrot) kann genutzt werden, um bei der Anwendung mit einem floatenden, externen Regeltransistor das Ausgangspotential des UA723 anzupassen.

Am Ausgang des Differenzverstärkers befindet sich neben dem Kompensationanschluss auch der Transistor Q16, mit dem eine Strombegrenzung aufgebaut werden kann. Da Basis und Emitter des Transistors nach außen geführt sind, kann der Shunt zur Strommessung relativ frei platziert werden.

 

Fairchild UA723HC Die Bauteile

Die einzelnen Komponenten finden sich bis auf kleinere Unterschiede 1:1 auf dem Die. Das Bondpad Vz ist im TO-Gehäuse nicht kontaktiert. Die Z-Diode am Ausgang des LM723 kann nur im DIL-Package genutzt werden.

Der Endstufentransistor besteht aus zwei Transistoren, die für eine möglichst gleichmäßige Stromverteilung jeweils einen Emitterwiderstand besitzen. Im Schaltplan ist der Endstufentransistor nur vereinfacht dargestellt. In der Fairchild Application Note findet sich allerdings ein Hinweis auf den etwas anderen Aufbau.

Außerdem besteht der Widerstand R11 aus zwei parallel geschalteten Widerständen. Dieser Aufbau war notwendig, um den relativ niedrigen Widerstand einstellen zu können.

 

Fairchild UA723HC Schaltplan korrigiert

Der Transistor Q9 und der Transistor Q11 sind bei dem vorliegenden Die nicht an V+ angebunden, sondern versorgen sich aus dem Regelkreis der Referenzspannungsquelle. Die Umverlegung der Versorgung könnte erfolgt sein, um die Schaltung robuster gegenüber Störungen auf V+ zu machen. Das Potential im Regelkreis dürfte etwas stabiler sein als das Versorgungspotential.

 

Fairchild UA723HC Die Zener glowing

Im Betrieb fließt durch die beiden Z-Dioden des UA723 ein Strom. Der in den Dioden auftretende Lawinendurchbruch führt dazu, dass Elektronen aus diversen Energieniveaus angeregt werden. Während der Rekombination strahlen die Elektronen entsprechend unterschiedlichste Wellenlängen ab, was zu einem weißlichen Leuchten führt.

Rechts unten befindet sich die Z-Diode D2 des Referenzspannungsblocks. Weiter oben leuchtet die Z-Diode D1, die zur Arbeitspunkteinstellung herangezogen wird.

 

Fairchild UA723HC Die Zener glowing

Variiert man die Versorgungsspannung (links 15V, rechts 30V), so leuchtet die obere Z-Diode D1 merklich heller. Der J-FET Q1, dient als Strombegrenzung für die Z-Diode D1, stellt aber keinen besonders konstanten Strom ein. Entsprechend verstärkt sich der Leuchteffekt mit steigender Versorgungsspannung.

Die Z-Diode D2 ist dagegen in die Regelschleife der Referenzspannungsquelle eingebettet. Der Stromfluss durch die Z-Diode bleibt auch bei Versorgungsspannungsänderungen relativ gleich.

 

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