Richi´s Lab

Toshiba TA75558

TA75558

Der Toshiba TA75558 enthält zwei Operationsverstärker. Das Datenblatt bewirbt ihn als rauscharmes Bauteil, das sehr gut für Audio-Anwendungen geeignet wäre. Die Grenzfrequenz liegt bei 3MHz, der Ausgang kann 30mA treiben.

 

TA75558 Schaltplan

Das Datenblatt enthält einen ausführlichen Schaltplan, der allerdings auch zwei kleine Fehler enthält. Die beiden Operationsverstärker teilen sich einen Teil der Schaltung zur Arbeitspunkteinstellung (blau). Darin erzeugt die Z-Diode D2 eine einigermaßen konstante Spannung. Versorgt wird die Z-Diode über den J-FET Q15, der eine rudimentäre Stromquelle darstellt. Der Transistor Q14 erzeugt aus der konstanten Spannung der Z-Diode einen konstanten Strom, der über den Transistor Q13 in die Transistoren Q7 und Q1 gespiegelt wird.

Am Eingang des TA75558 arbeitet ein klassischer Differenzverstärker (gelb). Unterhalb der zugehörigen Stromquelle befinden sich die zwei Transistoren Q2/Q3, die den Eingang darstellen. Der Stromspiegel Q4/Q5 erhöht den Verstärkungsfaktor und damit die maximal mögliche Slewrate. Der Kondensator C1 reduziert die Verstärkung bei hohen Frequenzen und unterdrückt so Schwingungsneigungen. Im rechten Kanal ist der Kondensator fälschlicherweise an den nicht invertierenden Zweig angebunden.

Zwischen dem Eingangsdifferenzverstärker (gelb) und der Spannungsverstärkerstufe (grün) befindet sich ein Pufferverstärker (türkis). Der Pufferverstärker reduziert die Belastung des Differenzverstärkers und erhöht die Stromlieferfähigkeit zur Spannungsverstärkerstufe. Beide Punkte reduzieren Nichtlinearitäten der Schaltung. Die Spannungsverstärkerstufe (grün) besteht lediglich aus dem Transistor Q10, der mit der Stromquelle Q7 arbeitet. Der Kondensator C2 begrenzt den Frequenzgang und linearisiert die spannungsabhängige Kapazität zwischen Basis und Kollektor des Transistors Q10. Die Diode D1 verhindert, dass die Transistoren Q6 und Q10 in Sättigung gehen.

Die Endstufe ist eine klassische Push-Pull-Endstufe (rot). Die Emitterwiderstände R6/R7 bilden eine lokale Gegenkopplung. Der Widerstand R8 reduziert die Gefahr von Oszillationen, wenn der Ausgang kapazitiv belastet wird. Der rosa Schaltungsteil sorgt für einen definierten Spannungsabfall zwischen den Endstufentransistoren. Der Spannungsabfall lässt einen gewissen Ruhestrom fließen, so dass die Transistoren im linearen Teil ihrer Kennlinie arbeiten. An dieser Stelle enthält der Schaltplan einen weiteren Fehler, der hier beim linken Kanal bereits korrigiert wurde. Beim rechten Kanal fehlen noch zwei Verbindungspunkte am oberen und am unteren Ende der Ruhestromeinstellung.

 

TA75558 Die

Die Abmessungen des Dies betragen 1,4mm x 1,2mm.

 

TA75558 Die Detail

TA75558 Die Detail

Auf zwei Seiten des Dies befinden sich insgesamt acht Kreuze, die höchstwahrscheinlich für acht Masken stehen und es ermöglichen den Fertigungsprozess zu überwachen.

Das Bondpad des Pin 1 ist mit einer 1 markiert.

 

TA75558 Die Versorgung

Die Strukturen sind recht übersichtlich aufgebaut. Die Symmetrie der beiden Operationsverstärker ist klar zu erkennen.

 

TA75558 Die Eingang

Die Eingangstransistoren Q2/Q3 besitzen eine weniger übliche runde Form. Die grüne Fläche stellt die Basis dar, die roten Bereiche bilden Kollektor und Emitter ab.

Die Widerstände R2, R3 and R4 sind als Pinch-Widerstände umgesetzt, wodurch sich die benötigten Widerstandswerte auf einer relativ kleinen Fläche darstellen lassen. Der Widerstand R1 besitzt keinen Pinch-Bereich und musste entsprechend lang ausgeführt werden.

Eine Elektrode des Kondensators C1 ist mit dem negativen Versorgungspotential verbunden. Während der Kondensator C2 aus zwei Schichten aufgebaut wurde (Metalllage und grüne Fläche), ist für den Kondensator C1 die grüne Fläche ausreichend. Das an die negative Versorgungspotential angebundene Substrat stellt die zweite Elektrode dar. In moderneren Designs lässt sich die Fläche über einen solchen Kondensator weiter nutzen. Zu sehen ist das auf dem Die des LT1013.

 

TA75558 Die D2-Q15

Die Diode D2 ist der einzige Unterschied zwischen den beiden ansonsten symmetrischen Operationsverstärkern. Es handelt sich um die Arbeitspunkteinstellung, deren grundlegende Referenzspannung sich beide Operationsverstärker teilen. Die Diode D2 ist auf beiden Seiten in das Die integriert, angebunden ist sie aber nur im rechten Operationsverstärker.

 

TA75558 Die D2-Q15

Der exakte Aufbau der Kombination Q15/D2 ist etwas unübersichtlich. Von unten kontaktiert das positive Versorgungspotential Vcc den Bereich. Die große, in den obigen Bildern grünlich erscheinende Fläche ist an das negative Versorgungspotential Vee angebunden. Der Metallkontakt, der von oben ins Bild führt, muss auf Grund der umgebenden Schaltung sowohl die Z-Diode D2 als auch den J-FET Q15 kontaktieren.

Unter der Vee-Fläche befindet sich höchstwahrscheinlich eine Fläche, die den Vcc-Kontakt mit dem nach oben führenden Kontakt verbindet. Wenn die beiden Flächen unterschiedlich dotiert sind, so bildet sich ein J-FET aus, wie er im Schaltplan dargestellt ist. Nachdem es sich um einen n-Kanal-Transistor handelt, muss die Vcc-Fläche n-dotiert und die Vee-Fläche p-dotiert sein.

Von dem nach oben führenden Kontakt erstreckt sich zusätzlich ein rötlicher Streifen in den Bereich, der an das Vee-Potential angebunden ist. Höchstwahrscheinlich handelt es sich dabei um die starke n-Dotierung, die in npn-Transistoren den Emitter abbildet. In Kombination mit der p-dotierten Vee-Fläche bildet sich die gewünschte Z-Diode aus.

 

TA75558 Die Q10-D1

Der Transistor Q10 und die Diode D1 sind ebenfalls nicht sofort zu erkennen. Der Kollektor des Transistors Q10 ist mit einer Seite des Kondensators C2 verbunden. Durch eine sinnvolle Platzierung des Transistors konnte auf einen dedizierten Kollektoranschluss verzichtet werden. Stattdessen befindet sich die Basisfläche im n-dotierten Bereich des Kondensators, der so gleichzeitig den Kollektor darstellt. Knapp oberhalb von Transistor und Kondensator ist die Kante der tiefer liegenden, stark n-dotierten Schicht zu erkennen, die eine niederohmige Stromleitung garantiert. Die untere Elektrode des Kondensators ist mit der starken n-Dotierung aufgebaut, die bei npn-Transistoren den Emitter darstellt. Da die untere Elektrode und die umgebende Fläche n-dotiert sind, tragen sie das gleiche Potential und verbinden so C2, Q10 und D1.

Die Diode D1 zeigt sich lediglich durch eine quadratische Kontur neben der Zuleitung zum Kondensators C2. Da die Diode D1 dem Kondensator C2 parallelgeschaltet ist, reicht es in die n-dotierte Umgebung des Kondensators eine p-dotierte Fläche einzubringen und mit der Metalllage zu kontaktieren. An der Schnittstelle zwischen der p- und der n-Dotierung bildet sich die gewünschte Diode aus.

 

TA75558 Die Ausgang

Im unteren Bereich des Dies befindet sich die Schaltung zur Ruhestromeinstellung (Q8/Q9/R5) und schließlich die Endstufentransistoren Q11 und Q12. Eine einzelne Widerstandsfläche stellt die Emitterwiderstände R6 und R7 dar. Zum Ausgang hin folgt der verhältnismäßig niederohmige Widerstand R8.

 

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