555芯片内部结构电路图 555芯片( 二 )

LMC555 CMOS定时芯片中的NMOS晶体管的结构，右侧为简化模型
555中的输出晶体管远远大于其他晶体管，并且具有不同的结构以产生高电流输出。下面的照片显示了一个输出晶体管。注意到源极（外侧）和漏极（中心）之间栅极的Z字形结构。还可以看到，漏极的金属层在右边是窄的，并且随着它离开晶体管而变宽，以便承载逐渐增加的电流。
LMC555 CMOS定时芯片中的大型NMOS输出晶体管
各种符号用于在原理图中表示MOS晶体管;下图显示了其中的一些。在本文中，我使用的是突出显示的那一组。
用于MOS晶体管的各种符号
如何在硅中实现电阻
电阻是模拟电路的关键部件。不过，IC中的电阻很大，且不准确;在两片相同的芯片中，对应的电阻的阻值可能相差50％。因此，模拟IC中，考虑的电阻的相对比例而不是绝对值。这样设计，即使该阻值随制造条件而变化，这些比率也几乎保持恒定。
组成CMOS定时器中分压器的电阻
上图显示了在芯片中组成分压器的电阻。有六个50kΩ电阻串联连接形成三个100kΩ电阻。电阻是浅白色的垂直矩形。在每个电阻器的末端，通孔和P +硅阱（粉红色方形）将电阻器连接到金属层，进而将它们连接在一起。电阻本身可能是P掺杂硅。
为了减小电流，CMOS芯片使用100kΩ电阻，远大于双极型555定时器中的5kΩ电阻。据说，555芯片是以这三个5K电阻命名的，但其设计师却说555只是500芯片系列中的任意数字。
IC组件：镜像电流源
在模拟IC中有一些非常常见的子电路，但是咋一看似乎很神秘。镜像电流源便是其中之一。如果你看过模拟IC框图，你可能已经见到过下面的表示镜像电流源的符号了，并想知道镜像电流源是什么，以及为什么要使用它们。
镜像电流源符号
镜像电流源的想法是如果有一个已知的电流，然后可以使用简单的晶体管电路“克隆”多个电流副本。镜像电流源的常见用途是代替电阻。如前所述，IC内不容易制造大电阻，且不准确。使用镜像电流源还可以尽可能节省空间。此外，镜像电流源产生的电流几乎完全一样，而不像两个电阻产生的电流存在较大差异。
下面的电路将会解释如何用三个相同的晶体管实现镜像电流源。参考电流流经右侧的晶体管。（在这种情况下，电流由电阻设定）由于所有的晶体管都具有相同的发射极电压和基极电压，所以它们将产生相同的电流，因此左侧的电流与右侧的参考电流相匹配。为了获得更大的灵活性，可以修改镜像电流源中晶体管的相对尺寸，使镜像电流大于或小于参考电流。CMOS 555芯片使用各种晶体管尺寸来控制电路中的电流。
由PMOS晶体管组成的镜像电流源，左侧两个晶体管镜像右侧由电阻控制
的电流
下图显的是LMC555芯片中的一个镜像电流源，由两个晶体管组成。每个晶体管实际上是并联的两个晶体管，这是芯片中的常见技巧，所以物理上来看有两对晶体管。要看到晶体管有点困难，因为金属层覆盖其中的一部分，但希望这个描述是有意义的。从顶部开始，第一个晶体管所在的宽矩形构成了源极，栅极 1和漏极 1 。注意将金属层连接到源极的通孔。下一个晶体管共享漏极 1，接下来是第二个栅极 1和源极。由于这两个晶体管共享漏极，并且源极和栅极相互连接，所以两个晶体管有效地形成一个较大的晶体管。同样地，接下来的是并联de两个晶体管：源极，栅极 2，漏极 2，。
LMC555芯片中的两对PMOS晶体管形成镜像电流源
右侧的原理图显示了如何将晶体管连接在一起作为镜像电流源。如果仔细看左侧照片，可以看到单个多晶硅条带蛇形地来回形成所有的栅极，所以栅极是连接在一起的。在右侧，上部金属条将漏极 1和栅极连接到电路的其余部分。下部金属条连接漏极 2 。
IC组件：差分放大电路
要了解的第二个重要电路是差分放大电路，模拟IC中最常用的双晶体管子电路。你可能想知道一个比较器如何比较两个电压，或运算放大器如何做两个电压相减。这些就是差分放大电路的功能。
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。

555芯片内部结构电路图 555芯片( 二 )

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