Pourquoi le CI 555 timer a trois résistances 5k et pas d'autres valeurs?

Pourquoi le 555 timer IC a-t-il trois résistances 5k et pas d'autres valeurs, comme 10k-10k-10k ou autre chose?

Le 555 d'origine avec résistances 5K:

Et voici une version CMOS avec des résistances 40K:

Le choix des résistances pour R7, R8, R9 (version bipolaire) serait influencé par deux choses:

1) Le désir de minimiser la consommation d'énergie (valeur aussi élevée que possible sans utiliser trop de surface de puce)

2) Le désir de minimiser les variations de température dues aux changements bêta des paires Darlington Q3 / Q4 et Q12 / Q13.

Le deuxième point ne s'applique pas à la version CMOS.

Il est facile de voir que la résistance de la source équivalente de Thevenin pour l'un ou l'autre des nœuds est 2/3 de la valeur de la résistance.

Nous pouvons facilement deviner quelles sont les limites de production sur les courants tirés à ces nœuds à partir d'une fiche technique 555 - le circuit est symétrique (horizontalement) et les courants seront les mêmes que les courants de déclenchement et de seuil. Les courants sont assez différents, probablement à cause du faible bêta des PNP latéraux.

Hans Camenzind dit que le décalage du comparateur peut atteindre 30 mV, ce qui implique une grande tension de décalage au-dessus du maximum de 7 mV en raison du courant de polarisation d'entrée, mais le courant de polarisation d'entrée est assez variable avec la température (peut-être 3: 1 sur la plage de fonctionnement ). Si nous supposons qu'il passe de 0,7 uA à 2 uA, à 5 V, ce serait un changement de seuil de 0,25% ou environ 15 ppm / K. La précision réelle globale est d'environ 24 ppm / K, donc les résistances ne sont pas trop dominantes (le décalage changera à quelque chose comme proportionnel à la température absolue).

Dans les années 70, 10mA à 15V ou 3mA à 5V était considéré comme une puissance raisonnablement faible, donc HC a probablement choisi les résistances comme étant "raisonnables" - ni trop grandes ni trop petites, et c'était tous des pré-ordinateurs donc il ne le ferait pas ont eu la possibilité d'exécuter une routine d'optimisation pour obtenir une valeur impaire qui minimise une fonction de coût arbitraire.

Voici la photo réelle de la matrice ( prise par HC et publiée dans IEEE Spectrum ), avec les résistances mises en évidence.

Peu importe la valeur exacte, tant que les trois résistances ont la même valeur.

La valeur est un compromis entre diverses contraintes de conception. D'une part, vous voulez que la valeur soit grande, afin de minimiser les besoins en courant de repos de la puce. D'un autre côté, les résistances de grande valeur occupent beaucoup d'espace physique sur la puce. Il faut également considérer que vous voulez que les courants de polarisation d'entrée des comparateurs soient une infime fraction du courant dans les résistances.

Compte tenu de tout cela, le concepteur a opté pour une valeur d'environ 5K.

Regardons le silicium!

Les trois résistances 5k sont les barres horizontales en haut de la puce. La fabrication de résistances en silicium est une douleur; les matériaux disponibles sont tous assez conducteurs, il est donc difficile de fabriquer des résistances précises de grande valeur. Au moment de la conception du 555, la taille minimale des caractéristiques était assez grande, suffisamment grande pour être vue avec un microscope optique comme sur cette photo. Il y a la contrainte de conception supplémentaire que ces résistances affectent la précision de la minuterie. Cela détermine probablement le choix du matériau, qui aura une certaine résistance en ohms par micromètre.

De là, nous pouvons voir que les résistances 5k ne pouvaient pas être beaucoup plus grandes dans l'espace disponible. Peut-être auraient-ils pu être faits en 6k, mais le choix de 5k permet aux utilisateurs de la puce de calculer plus facilement les valeurs de la minuterie à la main.

(Je pense que le "5.0E" sur la puce est en fait une marque d'enregistrement indiquant que c'est la couche 5, comme les plus petites en haut de la puce. Pas une valeur de composant.)