为什么 555 定时器 IC 有 3 个 5k 电阻而没有任何其他值?

电器工程 555
2022-01-18 07:41:45

为什么 555 定时器 IC 有三个 5k 电阻而不是其他值,如 10k-10k-10k 或其他值?

555定时器(非稳定模式)

3个回答

原装555带5K电阻: http://www.designinganalogchips.com/_count/designinganalogchips.pdf

这是一个带有 40K 电阻的 CMOS 版本:

在此处输入图像描述

R7、R8、R9(双极型)的电阻器的选择会受到两件事的影响——

1)最小化功耗的愿望(在不占用太多芯片面积的情况下尽可能高的值)

2) 希望最小化由于达林顿对 Q3/Q4 和 Q12/Q13 的 beta 变化引起的温度变化。

第二点不适用于 CMOS 版本。

很容易看出,任一节点的戴维南等效源电阻是电阻值的 2/3。

我们可以很容易地从 555 数据表中推断出在这些节点上汲取的电流的生产限制是多少——电路是对称的(水平),电流将与触发电流和阈值电流相同。电流完全不同,可能是因为横向 PNP 的 β 值低。

Hans Camenzind 表示,比较器的失调电压可高达 30mV,这意味着由于输入偏置电流,在 7mV 最大值之上的失调电压很大,但输入偏置电流随温度变化很大(在工作范围内可能为 3:1 )。如果我们假设它从 0.7uA 变为 2uA,在 5V 时,阈值将发生 0.25% 或约 15ppm/K 的变化。总体实际精度约为 24ppm/K,因此电阻器并不过分占主导地位(偏移量会以与绝对温度成比例的方式变化)。

早在 70 年代,15V 时的 10mA 或 5V 时的 3mA 被认为是相当低的功率,所以 HC 可能选择电阻器是“合理的”——不太大也不太小,这都是计算机前的,所以他不会已经可以选择运行优化例程来获得最小化一些任意成本函数的奇数值。

在此处输入图像描述

这是实际的芯片照片(由 HC 拍摄并发表在 IEEE Spectrum上),突出显示了电阻。

在此处输入图像描述

确切的值是多少并不重要,只要所有三个电阻器具有相同的值即可。

该值是各种设计约束之间的权衡。一方面,您希望该值较大,以最大限度地降低芯片的静态电流要求。另一方面,大阻值电阻在芯片上占用了大量的物理空间。还需要考虑的是,您希望比较器的输入偏置电流只是电阻器中电流的一小部分。

考虑到所有这些,设计师确定了大约 5K 的值。

让我们看看硅!

三个 5k 电阻是芯片顶部的水平条。用硅制造电阻器很痛苦。可用的材料都是相当导电的,因此很难制造出大值的精确电阻器。在设计 555 时,最小特征尺寸非常大,大到可以用光学显微镜看到,就像那张照片一样。这些电阻器会影响定时器的准确性,还有一个额外的设计约束。这可能决定了材料的选择,该材料将具有一定的电阻(以欧姆/微米为单位)。

从那里,我们可以看到 5k 电阻在可用空间中无法做得更大。也许它们本来可以做成 6k,但选择 5k 会使芯片用户更容易手动计算计时器值。

(我认为芯片上的“5.0E”实际上是一个注册标记,表明这是第 5 层,就像芯片顶部的较小的一样。不是组件值。)