Der ZN459 von Ferranti ist ein spezieller, sehr rauscharmer Verstärker. Das weiße Rauschen bei höheren Frequenzen beträgt typischerweise nur 800pV/√Hz beziehungsweise 1pA/√Hz. Bei einer Frequenz von 25Hz sind 3nV/√Hz spezifiziert. Mögliche Anwendungen sind laut Datenblatt die Infrarot-Bildgebung und Mikrophonverstärker. Die Grenzfrequenz beträgt typischerweise 15MHz.
Der ZN459 ist kein klassischer Differenzverstärker. Das Datenblatt enthält ein Blockschaltbild. Es zeigt zwei Verstärkerstufen. Das Datenblatt hebt hervor, dass man extern keine Gegenkopplung benötigt. Das ist praktisch, wenn man in einer Applikation viele Kanäle auswerten muss. Es entsteht der Eindruck, dass die beiden 180kΩ-Widerstände eine globale Gegenkopplung darstellen. Am Decoupling-Pin muss allerdings ein verhältnismäßig großer Kondensator angeschlossen werden. Das führt dazu, dass über diesen Pfad kaum mehr ein Signal übertragen wird. Die Schleife scheint nur der Arbeitspunkteinstellung zu dienen. Ein klassischer differentieller Eingang ist nicht vorhanden. Neben dem Signaleingang besitzt der erste Verstärker lediglich einen Anschluss für das Bezugspotential des Signals.
Das Datenblatt enthält auch ein etwas ausführlicheres Blockschaltbild, das Details der Eingangs- und der Ausgangsstufe zeigt. Wie im ersten Blockschaltbild bereits zu erkennen war, ist der Eingang nicht differentiell aufgebaut. Es handelt sich lediglich um einen einfachen Transistor in Emitterschaltung. Für ein möglichst geringes Rauschen verbindet man den Emitter mit dem Bezugspotential. Will man den Verstärkungsfaktor des ZN459 anpassen, dann muss man einen Emitterwiderstand einfügen. Das erhöht allerdings das Rauschen der Schaltung. Die Rückkopplung speist direkt in den Eingang ein.
Die Stromaufnahme des ZN459 beträgt typischerweise 2,5mA (bei 5V). 0,5mA fließen durch die Eingangsstufe. Ein nicht zu geringer Strom in diesem Pfad ist wichtig, um den dortigen Rauschpegel niedrig zu halten. Am Eingang ist der Rauschpegel besonders kritisch, da er noch die volle Verstärkung erfährt. Oberhalb des Eingangstransistors befindet sich ein Transistor, der für ein konstantes Kollektorpotential sorgt (Kaskodenschaltung).
Am Ausgang ist eine Klasse A Verstärkerstufe umgesetzt, in der ein NPN-Transistor gegen eine 0,9mA-Stromsenke arbeitet. Der Ausgang besitzt ein eigenes Bezugspotential, um den Eingang möglichst störungsfrei zu halten.
Das Die lässt sich leider nicht ganz sauber aus dem Gehäuse herausarbeiten. Die Kantenlänge beträgt 0,8mm. Die Zeichenfolge 6214-III scheint eine interne Projektbezeichnung zu sein. In den oberen Ecken kann man die Hilfsstrukturen von sechs Masken erkennen, die es unter anderem ermöglichen die Ausrichtung der Masken gegeneinander zu prüfen.
An der oberen Kante ist eine Teststruktur integriert (rosa), die einen Transistor darstellt. Im unteren Bereich und an der rechten Kante sind weitere Teststrukturen mit kleineren Testpads abgebildet (rot). Rechts handelt es sich um zwei Widerstände, die höchstwahrscheinlich aus dem Basismaterial bestehen. Bei dem Widerstand an der unteren Kante kann man eine zusätzliche quadratische Struktur über dem Widerstandsstreifen erkennen. Hier handelt es sich um einen Pinch-Widerstand, wo ein n-dotiertes Rechteck den p-dotierten Streifen einengt und so den Widerstandswert erhöht. Die mit dem X markierte Schaltung enthält einen Transistor und stellt damit einen Emitterfolger dar.
Bei den aktiven Strukturen fällt vor allem der große Transistor im linken Bereich auf (grün). Es handelt sich hier nicht um den Ausgangstransistor (blau), sondern um den Eingangstransistor. Neben dem verhältnismäßig hohen Arbeitsstrom im Eingangsverstärker sorgt diese große aktive Fläche für ein geringes Rauschen. Vom Ausgang zum Eingang erstrecken sich die zwei 180kΩ-Widerstände, die jeweils aus sechs Pinch-Widerständen aufgebaut sind (gelb/orange).
Das Bezugspotential am Eingang wird nur für den Eingangsverstärker genutzt. Neben dem Eingangstransistor ist an diese Masse auch der Schaltungsteil angebunden, der das Hilfspotential für die Kaskodenschaltung generiert. Das Bezugspotential am Ausgang wird über vier Leitungen sternförmig verteilt. Die erste Leitung dient lediglich als Abschirmung der Eingangsschaltung. Die zweite Leitung versorgt den mittigen Verstärkerblock. Die dritte Leitung dient exklusiv als Bezugspotential für den Ausgangstransistor. Die vierte Leitung legt das Potential um das Ausgangsbondpad fest und wird im oberen linken Bereich noch einmal verwendet.
