Por que o temporizador 555 IC possui três resistências de 5k e nenhum outro valor?

Por que o IC do temporizador 555 tem três resistores de 5k e não outros valores, como 10k-10k-10k ou algo mais?

O 555 original com resistores de 5K:

E aqui está uma versão CMOS com resistores de 40K:

A escolha dos resistores para R7, R8, R9 (versão bipolar) seria influenciada por duas coisas:

1) O desejo de minimizar o consumo de energia (o mais alto valor possível, sem usar muita área de chip)

2) O desejo de minimizar as variações de temperatura devido às alterações beta dos pares Darlington Q3 / Q4 e Q12 / Q13.

O segundo ponto não se aplica à versão do CMOS.

É fácil ver que a resistência da fonte equivalente de Thevenin para qualquer nó é 2/3 do valor do resistor.

Podemos facilmente adivinhar quais são os limites de produção nas correntes desenhadas nesses nós a partir de uma folha de dados 555 - o circuito é simétrico (horizontalmente) e as correntes serão as mesmas que as correntes de disparo e limite. As correntes são bem diferentes, provavelmente devido ao baixo beta dos PNPs laterais.

Hans Camenzind diz que o offset do comparador pode ser tão grande quanto 30mV, o que implica uma grande tensão de offset acima do máximo de 7mV devido à corrente de polarização de entrada, mas a corrente de polarização de entrada é bastante variável com a temperatura (talvez 3: 1 acima da faixa operacional ) Se assumirmos que ele muda de 0,7uA para 2uA, a 5V, isso seria uma mudança no limiar de 0,25% ou cerca de 15ppm / K. A precisão real total é de cerca de 24ppm / K, portanto os resistores não são excessivamente dominantes (o deslocamento mudará a algo como proporcional à temperatura absoluta).

Nos anos 70, 10mA a 15V ou 3mA a 5V era considerado uma potência razoavelmente baixa, então o HC provavelmente escolheu os resistores como sendo "razoáveis" - nem grandes nem pequenos demais, e isso tudo era pré-computadores, para que ele não quisesse. tiveram a opção de executar uma rotina de otimização para obter um valor ímpar que minimizava alguma função de custo arbitrária.

Aqui está a foto real do molde ( tirada pelo HC e publicada no IEEE Spectrum ), com os resistores destacados.

Não importa qual é o valor exato, desde que todos os três resistores tenham o mesmo valor.

O valor é uma troca entre várias restrições de design. Por um lado, você deseja que o valor seja grande, para minimizar os requisitos de corrente inativos do chip. Por outro lado, resistores de grande valor ocupam muito espaço físico no chip. Há também a consideração de que você deseja que as correntes de polarização de entrada dos comparadores sejam uma pequena fração da corrente nos resistores.

Levando tudo isso em consideração, o designer decidiu um valor em torno de 5K.

Vamos olhar para o silicone!

Os três resistores de 5k são as barras horizontais na parte superior do chip. Fazer resistores em silício é uma dor; os materiais disponíveis são todos bastante condutivos, por isso é difícil fabricar resistores precisos de grande valor. Na época do design do 555, o tamanho mínimo do recurso era bastante grande, grande o suficiente para ser visto com um microscópio óptico, como naquela foto. Existe a restrição adicional de design de que esses resistores afetam a precisão do temporizador. Isso provavelmente determina a escolha do material, que terá uma certa resistência em ohms por micrômetro.

A partir daí, podemos ver que os resistores de 5k não poderiam ser muito maiores no espaço disponível. Talvez eles pudessem ter feito 6k, mas a escolha de 5k torna mais simples para os usuários do chip calcular os valores do timer manualmente.

(Eu acho que o "5.0E" no chip existe realmente uma marca de registro indicando que essa é a camada 5, como as menores na parte superior do chip. Não é um valor de componente.)