¿Por qué el temporizador 555 IC tiene tres resistencias de 5k y no otros valores?

El original 555 con resistencias 5K:

YaquíhayunaversiónCMOSconresistenciasde40K:

La elección de resistencias para R7, R8, R9 (versión bipolar) se vería influida por dos cosas:

1) El deseo de minimizar el consumo de energía (el mayor valor posible sin tener que utilizar demasiada área de chips)

2) El deseo de minimizar las variaciones de temperatura debidas a cambios beta de los pares de Darlington Q3 / Q4 y Q12 / Q13.

El segundo punto no se aplica a la versión CMOS.

Es fácil ver que la resistencia de la fuente equivalente de Thevenin para cada nodo es 2/3 del valor de la resistencia.

Podemos adivinar fácilmente cuáles son los límites de producción en las corrientes dibujadas en esos nodos de una hoja de datos 555: el circuito es simétrico (horizontalmente) y las corrientes serán las mismas que las corrientes de activación y de umbral. Las corrientes son bastante diferentes, probablemente debido a la baja beta de las PNP laterales.

Hans Camenzind dice que el desplazamiento del comparador puede ser tan grande como 30 mV, lo que implica un gran voltaje de compensación en la parte superior del máximo de 7 mV debido a la corriente de polarización de entrada, pero la corriente de polarización de entrada es bastante variable con la temperatura (tal vez 3: 1 sobre el rango de operación). Si asumimos que cambia de 0.7uA a 2uA, a 5V sería un cambio en el umbral de 0.25% o aproximadamente 15ppm / K. La precisión real general es de aproximadamente 24 ppm / K, por lo que los resistores no son demasiado dominantes (el desplazamiento cambiará a una temperatura proporcional a la absoluta).

En los años 70, 10 mA a 15 V o 3 mA a 5 V se consideraba una potencia razonablemente baja, por lo que HC probablemente eligió las resistencias como "razonables", no demasiado grandes ni demasiado pequeñas, y esto fue todo antes de las computadoras. él no habría tenido la opción de ejecutar una rutina de optimización para obtener un valor impar que minimice alguna función de costo arbitrario.

Aquíestálafotorealdeldado( tomada por HC y publicada en IEEE Spectrum ), con el resistencias resaltadas.

No importa cuál sea el valor exacto, siempre que las tres resistencias tengan el mismo valor.

El valor es un compromiso entre varias restricciones de diseño. Por un lado, desea que el valor sea grande, para minimizar los requisitos de corriente de reposo del chip. Por otro lado, las resistencias de gran valor ocupan mucho espacio físico en el chip. También se debe considerar que desea que las corrientes de polarización de entrada de los comparadores sean una pequeña fracción de la corriente en las resistencias.

Teniendo todo esto en cuenta, el diseñador optó por un valor de alrededor de 5K.

¡Miremos la silicona!

Las tres resistencias de 5k son las barras horizontales en la parte superior del chip. Hacer resistencias en silicona es un dolor; Todos los materiales disponibles son bastante conductivos, por lo que es difícil hacer resistencias precisas de gran valor. En el momento del diseño del 555, el tamaño mínimo de la característica era bastante grande, lo suficientemente grande como para ser visto con un microscopio óptico como en esa foto. Existe la restricción de diseño adicional de que esas resistencias afectan la precisión del temporizador. Eso probablemente determina la elección del material, que tendrá una cierta resistencia en ohmios por micrómetro.

A partir de ahí, podemos ver que las resistencias de 5k no pueden hacerse mucho más grandes en el espacio disponible. Tal vez podrían haberse hecho 6k, pero elegir 5k hace que sea más fácil para los usuarios del chip calcular los valores del temporizador a mano.

(Creo que la "5.0E" en el chip es en realidad una marca de registro que indica que esa es la capa 5, como las más pequeñas en la parte superior del chip. No es un valor de componente).