Почему ИС таймера 555 имеет три сопротивления 5 кОм, а не какие-либо другие значения?

Почему ИС таймера 555 имеет три резистора 5 кОм, а не другие значения, например 10 кОм-10 кОм или что-то еще?

Оригинальный 555 с резисторами 5К:

А вот версия CMOS с резисторами 40К:

На выбор резисторов для R7, R8, R9 (биполярный вариант) будут влиять две вещи:

1) Желание минимизировать энергопотребление (как можно более высокое значение без чрезмерного использования микросхемы)

2) Желание минимизировать колебания температуры из-за бета-изменений пар Дарлингтона Q3 / Q4 и Q12 / Q13.

Второй пункт не относится к версии CMOS.

Легко видеть, что эквивалентное сопротивление источника Thevenin для любого узла составляет 2/3 от значения резистора.

Мы можем легко предсказать, каковы производственные пределы для токов, взятых в этих узлах из таблицы данных 555 - схема является симметричной (по горизонтали), и токи будут такими же, как пусковые и пороговые токи. Токи сильно различаются, вероятно, из-за низкого уровня бета в латеральных PNP.

Ханс Камензинд говорит, что смещение компаратора может достигать 30 мВ, что подразумевает большое напряжение смещения в верхней части максимума 7 мВ из-за входного тока смещения, но входной ток смещения довольно изменчив в зависимости от температуры (возможно, 3: 1 в рабочем диапазоне ). Если мы предположим, что он изменяется от 0,7 мкА до 2 мкА, при 5 В это будет изменением порога на 0,25% или около 15 частей на миллион / К. Общая фактическая точность составляет около 24ppm / K, поэтому резисторы не являются чрезмерно доминирующими (смещение будет изменяться примерно пропорционально абсолютной температуре).

Еще в 70-х годах 10 мА при 15 В или 3 мА при 5 В считались достаточно низкими по мощности, поэтому HC, вероятно, выбрал резисторы как «разумные» - не слишком большие и не слишком маленькие, и это были все предварительные компьютеры, поэтому он не хотел у меня была возможность запустить подпрограмму оптимизации, чтобы получить нечетное значение, которое минимизировало некоторую произвольную функцию стоимости.

Вот фактическая фотография кристалла ( сделанная HC и опубликованная в IEEE Spectrum ) с выделенными резисторами.

Неважно, что является точным значением, если все три резистора имеют одинаковое значение.

Значение является компромиссом между различными конструктивными ограничениями. С одной стороны, вы хотите, чтобы значение было большим, чтобы минимизировать требования тока покоя чипа. С другой стороны, резисторы большого размера занимают много места на чипе. Существует также соображение, что вы хотите, чтобы входные токи смещения компараторов составляли ничтожную долю тока в резисторах.

Принимая все это во внимание, дизайнер остановился на стоимости около 5К.

Давайте посмотрим на кремний!

Три 5k резистора - это горизонтальные полосы в верхней части чипа. Изготовление резисторов в кремнии - это боль; все доступные материалы являются достаточно проводящими, поэтому трудно создать точные резисторы большого размера. Во время разработки 555 минимальный размер элемента был достаточно большим, достаточно большим, чтобы его можно было увидеть с помощью оптического микроскопа, как на этой фотографии. Существует дополнительное конструктивное ограничение, заключающееся в том, что эти резисторы влияют на точность таймера. Это, вероятно, определяет выбор материала, который будет иметь определенное сопротивление в омах на микрометр.

Отсюда мы видим, что резисторы 5 кОм не могут быть значительно увеличены в доступном пространстве. Возможно, они могли быть сделаны 6k, но выбор 5k упрощает для пользователей чипа вычисление значений таймера вручную.

(Я думаю, что «5.0E» на чипе есть на самом деле регистрационная метка, указывающая, что это уровень 5, как и меньшие в верхней части чипа. Не значение компонента.)