拆解555 定時(shí)器芯片內(nèi)部及原理圖

555定時(shí)器

如果你玩過(guò)電子電路，你大概率是知道 555 定時(shí)器集成電路的，據(jù)說(shuō)是世界上最暢銷的集成電路，已售出數(shù)十億。由模擬 IC 奇才 Hans Camenzind 設(shè)計(jì)的 555 被稱為有史以來(lái)最偉大的芯片之一。

一個(gè)帶有 Signetics 標(biāo)志的 8 針 555 定時(shí)器。它沒(méi)有 555 標(biāo)簽，而是標(biāo)有“52B 01003”和 7304 日期代碼，表示 1973 年的第 4 周。

乏味地打磨環(huán)氧樹脂封裝以露出芯片（下圖），并確定芯片是 555 定時(shí)器。Signetics 在 1972 年年中發(fā)布了 555 定時(shí)器，下面的芯片有一個(gè) 1973 年 1 月的日期代碼（7304），所以它一定是最早的 555 定時(shí)器之一。奇怪的是，它沒(méi)有標(biāo)為 555，所以它可能是原型或內(nèi)部版本。我拍攝了詳細(xì)的模具照片，在這篇博文中進(jìn)行了討論。

555 定時(shí)器的封裝被打磨，露出硅芯片，中間的小方塊。

簡(jiǎn)要說(shuō)明

555 定時(shí)器有數(shù)百種應(yīng)用，從定時(shí)器或鎖存器到壓控振蕩器或調(diào)制器的任何操作。下圖說(shuō)明了 555 定時(shí)器如何作為一個(gè)簡(jiǎn)單的振蕩器工作。在 555 芯片內(nèi)部，三個(gè)電阻形成一個(gè)分壓器，產(chǎn)生 1/3 和 2/3 的電源電壓的參考電壓。外部電容器將在這些限制之間充電和放電，從而產(chǎn)生振蕩。更詳細(xì)地說(shuō)，電容器將通過(guò)外部電阻器緩慢充電 (A)，直到其電壓達(dá)到 2/3 參考電壓。在該點(diǎn) (B)，上（閾值）比較器關(guān)閉觸發(fā)器并關(guān)閉輸出。這會(huì)打開放電晶體管，使電容器 (C) 緩慢放電。當(dāng)電容器上的電壓達(dá)到 1/3 參考電壓 (D) 時(shí)，較低（觸發(fā)）比較器打開，設(shè)置觸發(fā)器和輸出，循環(huán)重復(fù)。電阻器和電容器的值控制時(shí)間，從微秒到幾小時(shí)。

顯示 555 定時(shí)器如何作為振蕩器工作的圖表。在 555 定時(shí)器的控制下，外部電容器通過(guò)外部電阻器進(jìn)行充電和放電。

總而言之，555 定時(shí)器的關(guān)鍵組件是檢測(cè)電壓上限和下限的比較器、設(shè)置這些限制的三電阻分壓器以及跟蹤電路是充電還是放電的觸發(fā)器。555 定時(shí)器還有兩個(gè)我上面沒(méi)有提到的引腳（復(fù)位和控制電壓），它們可用于更復(fù)雜的電路。

簡(jiǎn)要說(shuō)明

從顯微鏡圖像的合成中創(chuàng)建了下面的照片。在硅的頂部，一層薄薄的金屬連接芯片的不同部分。這種金屬在照片中以淺色痕跡清晰可見。在金屬下方，一層薄薄的玻璃狀二氧化硅層在金屬和硅之間提供絕緣，除了二氧化硅中的接觸孔允許金屬連接到硅的地方。在芯片的邊緣，細(xì)線將金屬焊盤連接到芯片的外部引腳。

555 計(jì)時(shí)器的模具照片

芯片上不同類型的硅更難看到。芯片的區(qū)域用雜質(zhì)處理（摻雜）以改變硅的電特性。N 型硅具有過(guò)量的電子（負(fù)），而 P 型硅缺乏電子（正）。在照片中，這些區(qū)域顯示為略有不同的顏色，周圍有細(xì)黑色邊框。這些區(qū)域是芯片的組成部分，形成晶體管和電阻器。在windows中，保存的時(shí)候先另存在桌面，再拖進(jìn)去覆蓋即可!

IC內(nèi)部的NPN晶體管

晶體管是芯片中的關(guān)鍵元件。555 定時(shí)器使用 NPN 和 PNP 雙極晶體管。如果您研究過(guò)電子學(xué)，您可能已經(jīng)看過(guò)如下圖所示的 NPN 晶體管圖，顯示了晶體管的集電極 (C)、基極 (B) 和發(fā)射極 (E)，晶體管被圖示為P硅夾在兩個(gè)對(duì)稱的N硅層之間，NPN 層構(gòu)成 NPN 晶體管。事實(shí)證明，芯片上的晶體管看起來(lái)不像這樣，而且基極通常甚至不在中間！

NPN 晶體管的原理圖符號(hào)，以及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化圖

下面的照片顯示了 555 中的一個(gè)晶體管的特寫，因?yàn)樗霈F(xiàn)在芯片上。硅中稍有不同的色調(diào)表明已摻雜形成 N 和 P 區(qū)域的區(qū)域。白色區(qū)域是硅頂部芯片的金屬層 - 這些形成連接到集電極、發(fā)射極和基極的導(dǎo)線。

裸片上 NPN 晶體管的結(jié)構(gòu)。

照片下方是一個(gè)橫截面圖，說(shuō)明了晶體管的構(gòu)造方式。除了你在書中看到的 NPN 之外，還有很多其他東西，但如果你仔細(xì)觀察“E”下方的垂直橫截面，你會(huì)發(fā)現(xiàn)形成晶體管的 NPN。發(fā)射極 (E) 線連接到 N+ 硅。其下方是連接到基極觸點(diǎn) (B) 的 P 層。在其下方是（間接）連接到收集器（C）的 N+ 層。6?晶體管被 P+ 環(huán)包圍，將其與相鄰組件隔離。

IC內(nèi)部的PNP晶體管

電阻器是如何在硅中實(shí)現(xiàn)的

電阻器是模擬芯片的關(guān)鍵部件。不幸的是，IC 中的電阻器很大且不準(zhǔn)確。不同芯片的電阻可能相差 50%。因此，模擬 IC 的設(shè)計(jì)只有電阻的比率很重要，而不是絕對(duì)值，因?yàn)楸嚷蕩缀醣３植蛔儭?/strong>