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555芯片应用电路图??( 三 )


差分放大电路的简单示意图
以上示意图显示了一个简单的差分放大电路 。底部的电流源提供固定负电流I，其在两个输入晶体管之间分开 。如果输入电压相等，电流将分成两个相等的支路（I和I） 。如果其中一个输入电压比另一个高，相应的晶体管将导通更多的电流，所以一个支路获得更多的电流，另一个支路变得更小 。小的输入差异足以将大部分电流引导到“获胜”支路，从而使比较器打开或关闭 。芯片在两个支路上使用镜像电流源而不是电阻，其充当有源负载并增加放大倍数 。
反相器和触发器
虽然555是模拟电路，但它包含一个数字触发器来记住它的状态 。触发器由反相器（简单的逻辑电路将1变为0，反之亦然）构成 。555使用标准CMOS反相器，如下图所示 。
CMOS反相器的结构：顶部的PMOS晶体管和底部的NMOS晶体管
反相器由两个晶体管构成 。如果输入为0（即低电压），则顶部的PMOS晶体管导通，将正电源连接到输出端，产生1输出；如果输入为1（高电压），则底部的NMOS晶体管接通，连接地端，产生0输出 。CMOS的神奇之处是电路几乎没有能量消耗 。电流不通过 栅极 （由于绝缘氧化物层），仅当输出改变状态时，唯一的功率消耗是微小的脉冲，以对导线形成的电容进行充电或放电 。
下图显示的是触发器 。两个反相器连接在一个回路中以形成锁存器 。如果顶部反相器输出1，则底部输出0，形成稳定的循环 。如果顶部反相器输出0，则底部输出1，如此形成稳定的循环 。
LMC555 CMOS定时芯片中触发器的电路图
要更改存储在触发器中的值，只需将新值强制写进入锁存器，即可用强力重写现有值 。为此，底部的反相器是“弱”的，使用低电流晶体管 。这允许置位端或复位端输入使弱反相器过压，并且锁存器将立即翻转到正确的状态 。R（复位）和S（置位）输入来自比较器，并通过晶体管将锁存器输入为高或低 。复位信号来自输入引脚，并通过二极管将锁存器输入高电平;复位反相器的输出电流由镜像电流源控制 。复位将S拉低，阻止S端矛盾的输入 。
CMOS 555与传统双极型555对比
常用的555定时器是在1970年设计的，而CMOS工艺（ICM7555）直到1978年才发布 。本文中描述的LMC555在1988年左右出现，而模型是的1996年 。
下面的图像将同规模的经典的555定时器（左）与CMOS LMC555（右）进行比较 。虽然双极芯片由通过金属层连接的硅构成，但是CMOS芯片具有附加的多晶硅互连层，这使得芯片看起来上更加复杂 。CMOS芯片较小，并且在底部和右上方有很多未被使用的空间，因此可以做得更小 。CMOS晶体管比双极晶体管复杂得多 。除了输出晶体管，双极型晶体管都是简单的独立单元 。相比之下，大多数CMOS晶体管是由两个或更多个并联的晶体管构成的 。经典555使用比CMOS 555更多的电阻，分别为16、4个 。
模型照片：同规模的555定时器（左）和CMOS 555定时器（右）
可以从照片中看到CMOS芯片中的功能块较小 。常规555中的最小线为10-15μm，而这在CMOS芯片中为6μm 。更高级的芯片在1996年采用350nm工艺（约17倍），因此LMC555无处不在CMOS技术的尖端 。
这些芯片相比较，反映出CMOS的功耗优势 。标准555定时器通常使用3 mA电流，而此CMOS工艺的仅使用100μA（其他类型的低于5μA） 。555的输入可以达到0.5μA，而CMOS版本的输入使用非常低的10pA，相差四个数量级 。较小的输入“穿透”电流允许CMOS更长的延迟 。
结论
起初，芯片的照片看起来太过复杂 。但仔细看看LMC555 CMOS定时器芯片的模型可以看出构成电路的组件 。可以把PMOS和NMOS分别拿出来管，了解它们的原理以及如何组合到电路中，并了解整个芯片的工作原理 。由于CMOS芯片具有经典双极555芯片中不存在的多晶硅层，因此需要更多的努力来了解CMOS芯片 。但从根本上说，两个芯片都使用类似的模拟功能块：镜像电流源和差分放大电路 。如果你发现这个CMOS工艺的555芯片看起来很有趣，那么你还应该看看我的经典555芯片的 拆卸。感谢Zeptobars的CMOS芯片的模型照片 。
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Q3：555 芯片是定时器,是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件 。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556 。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容 。


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