Mengapa IC timer 555 memiliki tiga resistensi 5k dan tidak ada nilai lain?

Mengapa IC timer 555 memiliki tiga resistor 5k dan bukan nilai-nilai lain, seperti 10k-10k-10k atau yang lainnya?

555 asli dengan 5K resistor:

Dan ini adalah versi CMOS dengan resistor 40 ribu:

Pilihan resistor untuk R7, R8, R9 (versi bipolar) akan dipengaruhi oleh dua hal -

1) Keinginan untuk meminimalkan konsumsi daya (nilai setinggi mungkin tanpa menggunakan terlalu banyak area chip)

2) Keinginan untuk meminimalkan variasi suhu karena perubahan beta pasangan Darlington Q3 / Q4 dan Q12 / Q13.

Poin kedua tidak berlaku untuk versi CMOS.

Sangat mudah untuk melihat bahwa resistansi sumber setara Thevenin untuk kedua node adalah 2/3 dari nilai resistor.

Kita dapat dengan mudah mengetahui berapa batas produksi pada arus yang ditarik pada simpul-simpul dari 555 lembar data- sirkuitnya simetris (horizontal) dan arus akan sama dengan arus pemicu dan ambang. Arusnya sangat berbeda, mungkin karena rendahnya beta PNP lateral.

Hans Camenzind mengatakan offset komparator dapat sebesar 30mV, yang menyiratkan tegangan offset besar di atas maksimum 7mV karena arus bias input, tetapi arus bias input cukup bervariasi dengan suhu (mungkin 3: 1 pada rentang operasi) ). Jika kita menganggapnya berubah dari 0.7uA ke 2uA, pada 5V itu akan menjadi perubahan ambang 0,25% atau sekitar 15ppm / K. Akurasi aktual keseluruhan adalah sekitar 24ppm / K, sehingga resistor tidak terlalu dominan (offset akan berubah pada sesuatu yang sebanding dengan suhu absolut).

Kembali di 70-an, 10mA pada 15V atau 3mA pada 5V dianggap daya yang cukup rendah, jadi HC mungkin memilih resistor sebagai "masuk akal" - tidak terlalu besar dan tidak terlalu kecil, dan ini semua pra-komputer sehingga ia tidak mau telah memiliki opsi menjalankan rutin optimasi untuk mendapatkan nilai ganjil yang meminimalkan beberapa fungsi biaya sewenang-wenang.

Inilah foto die yang sebenarnya ( seperti yang diambil oleh HC dan diterbitkan dalam IEEE Spectrum ), dengan resistor yang disorot.

Tidak masalah berapa nilainya, asalkan ketiga resistor memiliki nilai yang sama.

Nilainya adalah tradeoff di antara berbagai kendala desain. Di satu sisi, Anda ingin nilai menjadi besar, untuk meminimalkan persyaratan chip saat ini. Di sisi lain, resistor bernilai besar mengambil banyak ruang fisik pada chip. Ada juga pertimbangan bahwa Anda ingin arus bias input dari komparator menjadi sebagian kecil dari arus di resistor.

Dengan mempertimbangkan semua ini, perancang memutuskan nilai sekitar 5K.

Mari kita lihat silikonnya!

Tiga resistor 5k adalah palang horizontal di bagian atas chip. Membuat resistor dalam silikon itu menyakitkan; bahan yang tersedia semuanya cukup konduktif, sehingga sulit untuk membuat resistor akurat bernilai besar. Pada saat desain 555 ukuran fitur minimum cukup besar, cukup besar untuk dilihat dengan mikroskop optik seperti pada foto itu. Ada batasan desain tambahan bahwa resistor tersebut mempengaruhi keakuratan timer. Itu mungkin menentukan pilihan material, yang akan memiliki ketahanan tertentu dalam ohm per mikrometer.

Dari sana, kita dapat melihat bahwa resistor 5k tidak dapat dibuat lebih besar di ruang yang tersedia. Mungkin mereka bisa dibuat 6k, tetapi memilih 5k membuatnya lebih mudah bagi pengguna chip untuk menghitung nilai timer dengan tangan.

(Saya pikir "5.0E" pada chip sebenarnya ada tanda pendaftaran yang menunjukkan bahwa itu lapisan 5, seperti yang lebih kecil di bagian atas chip. Bukan nilai komponen.)