Dlaczego układ 555 timera ma trzy rezystancje 5k, a nie inne wartości?

Dlaczego układ 555 timera ma trzy rezystory 5k, a nie inne wartości, takie jak 10k-10k-10k lub coś innego?

Oryginalny 555 z rezystorami 5K:

A oto wersja CMOS z rezystorami 40K:

Na wybór rezystorów dla R7, R8, R9 (wersja bipolarna) wpływ miałyby dwie rzeczy -

1) Chęć zminimalizowania zużycia energii (możliwie jak najwyższa wartość bez zajmowania zbyt dużej powierzchni chipa)

2) Chęć zminimalizowania wahań temperatury w wyniku zmian beta par Darlington Q3 / Q4 i Q12 / Q13.

Drugi punkt nie dotyczy wersji CMOS.

Łatwo zauważyć, że rezystancja źródła równoważnego Thevenin dla każdego węzła wynosi 2/3 wartości rezystora.

Możemy łatwo określić, jakie są granice produkcji prądów pobieranych w tych węzłach z arkusza danych 555 - obwód jest symetryczny (poziomo), a prądy będą takie same jak prądy wyzwalające i progi. Prądy są zupełnie inne, prawdopodobnie z powodu niskiej beta bocznych PNP.

Hans Camenzind twierdzi, że przesunięcie komparatora może wynosić nawet 30 mV, co implikuje duże napięcie przesunięcia na szczycie maksimum 7 mV z powodu wejściowego prądu polaryzacji, ale prąd polaryzacji wejściowej jest dość zmienny w zależności od temperatury (może 3: 1 w zakresie roboczym ). Jeśli założymy, że zmienia się z 0,7uA na 2uA, przy 5 V byłby to zmiana progu o 0,25% lub około 15 ppm / K. Ogólna rzeczywista dokładność wynosi około 24ppm / K, więc rezystory nie są zbyt dominujące (przesunięcie zmieni się w temperaturze proporcjonalnej do absolutnej).

W latach 70. 10 mA przy 15 V lub 3 mA przy 5 V było uważane za stosunkowo niską moc, więc HC prawdopodobnie wybrał rezystory jako „rozsądne” - niezbyt duże i niezbyt małe, a to wszystko były komputery wstępne, więc nie chciał mieli opcję uruchomienia procedury optymalizacyjnej w celu uzyskania nieparzystej wartości, która zminimalizowała dowolną funkcję kosztów.

Oto rzeczywiste zdjęcie matrycy ( zrobione przez HC i opublikowane w IEEE Spectrum ), z wyróżnionymi rezystorami.

Nie ma znaczenia, jaka jest dokładna wartość, o ile wszystkie trzy rezystory mają tę samą wartość.

Wartość ta jest kompromisem między różnymi ograniczeniami projektowymi. Z jednej strony chcesz, aby wartość była duża, aby zminimalizować wymagania dotyczące prądu spoczynkowego układu. Z drugiej strony rezystory o dużej wartości zajmują dużo miejsca w układzie. Należy również wziąć pod uwagę, że chcesz, aby wejściowe prądy polaryzacji komparatorów stanowiły niewielki ułamek prądu w rezystorach.

Biorąc to wszystko pod uwagę, projektant zdecydował się na wartość około 5 tys.

Spójrzmy na krzem!

Trzy oporniki 5k to poziome paski na górze układu. Robienie rezystorów w krzemie jest uciążliwe; wszystkie dostępne materiały są dość przewodzące, dlatego trudno jest wykonać dokładne rezystory o dużej wartości. W momencie projektowania 555 minimalny rozmiar funkcji był dość duży, wystarczająco duży, aby można go było zobaczyć za pomocą mikroskopu optycznego, jak na tym zdjęciu. Istnieje dodatkowe ograniczenie konstrukcyjne, że rezystory te wpływają na dokładność timera. To prawdopodobnie decyduje o wyborze materiału, który będzie miał pewien opór w omach na mikrometr.

Stamtąd widać, że rezystory 5k nie mogą być znacznie większe w dostępnej przestrzeni. Być może mogły być wykonane jako 6k, ale wybranie 5k ułatwia użytkownikom układu obliczanie wartości timera ręcznie.

(Myślę, że „5.0E” na chipie to tak naprawdę znak rejestracyjny wskazujący, że jest to warstwa 5, podobnie jak mniejsze na górze chipa. Nie jest to wartość komponentu.)