Tại sao IC hẹn giờ 555 có ba điện trở 5k mà không phải bất kỳ giá trị nào khác?

Tại sao IC hẹn giờ 555 có ba điện trở 5k mà không phải các giá trị khác, như 10k-10k-10k hay thứ gì khác?

Bản gốc 555 với điện trở 5K:

Và đây là phiên bản CMOS với điện trở 40K:

Sự lựa chọn điện trở cho R7, R8, R9 (phiên bản lưỡng cực) sẽ bị ảnh hưởng bởi hai điều-

1) Mong muốn giảm thiểu tiêu thụ năng lượng (giá trị càng cao càng tốt mà không cần sử dụng quá nhiều diện tích chip)

2) Mong muốn giảm thiểu các biến đổi nhiệt độ do thay đổi beta của các cặp Darlington Q3 / Q4 và Q12 / Q13.

Điểm thứ hai không áp dụng cho phiên bản CMOS.

Thật dễ dàng để thấy rằng điện trở nguồn tương đương Thevenin cho một trong hai nút là 2/3 giá trị điện trở.

Chúng ta có thể dễ dàng đoán được giới hạn sản xuất trên các dòng điện được rút ra từ các nút đó từ bảng dữ liệu 555 - mạch là đối xứng (theo chiều ngang) và dòng điện sẽ giống như dòng kích hoạt và dòng ngưỡng. Dòng điện khá khác nhau, có lẽ là do beta thấp của PNPs bên.

Hans Camenzind nói rằng phần bù so sánh có thể lớn tới 30mV, nghĩa là điện áp bù lớn trên mức tối đa 7mV do dòng điện thiên vị đầu vào, nhưng dòng điện thiên vị đầu vào khá thay đổi theo nhiệt độ (có thể là 3: 1 trên phạm vi hoạt động ). Nếu chúng tôi giả sử nó thay đổi từ 0,7uA thành 2uA, ở mức 5V sẽ là thay đổi ngưỡng 0,25% hoặc khoảng 15ppm / K. Độ chính xác tổng thể thực tế là khoảng 24ppm / K, vì vậy các điện trở không quá vượt trội (độ lệch sẽ thay đổi ở một mức độ nào đó như tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối).

Trở lại những năm 70, 10mA ở 15V hoặc 3mA ở 5V được coi là công suất khá thấp, vì vậy HC có thể đã chọn các điện trở là "hợp lý" - không quá lớn và không quá nhỏ, và đây là tất cả các máy tính trước nên anh sẽ không đã có tùy chọn chạy một thói quen tối ưu hóa để có được giá trị lẻ giúp giảm thiểu một số hàm chi phí tùy ý.

Đây là ảnh chết thực tế ( như được chụp bởi HC và được xuất bản trong IEEE Spectrum ), với các điện trở được tô sáng.

Không quan trọng giá trị chính xác là gì, miễn là cả ba điện trở có cùng giá trị.

Giá trị là một sự đánh đổi giữa các ràng buộc thiết kế khác nhau. Một mặt, bạn muốn giá trị lớn, để giảm thiểu các yêu cầu hiện tại không hoạt động của chip. Mặt khác, các điện trở có giá trị lớn chiếm rất nhiều không gian vật lý trên chip. Ngoài ra còn có sự xem xét rằng bạn muốn các dòng điện phân cực đầu vào của các bộ so sánh là một phần rất nhỏ của dòng điện trong các điện trở.

Nếu tính tất cả những điều này, nhà thiết kế đã giải quyết được giá trị khoảng 5K.

Hãy nhìn vào silicon!

Ba điện trở 5k là các thanh ngang ở đầu chip. Làm điện trở trong silicon là một nỗi đau; các vật liệu có sẵn đều khá dẫn điện, vì vậy thật khó để tạo ra điện trở chính xác có giá trị lớn. Tại thời điểm thiết kế của 555, kích thước tính năng tối thiểu là khá lớn, đủ lớn để có thể nhìn thấy bằng kính hiển vi quang học như trong bức ảnh đó. Có các ràng buộc thiết kế bổ sung mà các điện trở đó ảnh hưởng đến độ chính xác của bộ hẹn giờ. Điều đó có thể quyết định sự lựa chọn của vật liệu, sẽ có điện trở nhất định tính bằng ohms trên micromet.

Từ đó, chúng ta có thể thấy rằng các điện trở 5k không thể được làm lớn hơn nhiều trong không gian có sẵn. Có lẽ họ có thể đã kiếm được 6k, nhưng việc chọn 5k giúp người dùng chip đơn giản hơn để tính toán các giá trị hẹn giờ bằng tay.

(Tôi nghĩ rằng "5.0E" trên chip thực sự có dấu đăng ký cho biết đó là lớp 5, giống như lớp nhỏ hơn ở đầu chip. Không phải là giá trị thành phần.)