Fiecare aparat electronic pe care îl folosim în viața noastră de zi cu zi, cum ar fi telefoanele mobile, laptopurile, frigiderele, computerele, televizoarele și toate celelalte dispozitive electrice și electronice sunt fabricate cu niște circuite simple sau complexe. Circuitele electronice sunt realizate folosind multiple componente electrice și electronice conectate între ele prin conectarea firelor sau conductoare pentru fluxul de curent electric prin componentele multiple ale circuitului, cum ar fi rezistențe , condensatoare , inductoare, diode, tranzistoare și așa mai departe. Circuitele pot fi clasificate în diferite tipuri pe baza unor criterii diferite, cum ar fi, pe baza conexiunilor: circuite de serie și circuite paralele bazate pe dimensiunea și procesul de fabricație al circuitului: circuite integrate și circuite discrete și, pe baza semnalului utilizat în circuit : circuite analogice și circuite digitale. Acest articol discută o prezentare generală a diferitelor tipuri de circuite integrate și a aplicațiilor acestora.

Ce este un circuit integrat?

Circuitul integrat sau IC sau microcipul sau cipul este microscopic circuit electronic matrice formată din fabricarea diferitelor componente electrice și electronice (rezistențe, condensatori, tranzistoare și așa mai departe) pe un material semiconductor (siliciu) napolitan, care poate efectua operațiuni similare cu circuitele electronice discrete mari realizate din componente electronice discrete.

Circuite integrate

Deoarece toate aceste matrici de componente, circuite microscopice și baza materialului de oblă semiconductoare sunt integrate împreună pentru a forma un singur cip, prin urmare, acesta se numește circuit integrat sau cip integrat sau microcip.

Circuitele electronice sunt dezvoltate folosind componente electronice individuale sau discrete cu dimensiuni diferite, astfel încât costul și dimensiunea acestor circuite discrete cresc cu numărul de componente utilizate în circuit. Pentru a cuceri acest aspect negativ, a fost dezvoltată tehnologia circuitului integrat - Jack Kilby de la Texas Instruments a dezvoltat primul circuit IC sau circuit integrat în anii 1950 și, ulterior, Robert Noyce de la Fairchild Semiconductor a rezolvat câteva probleme practice ale acestui circuit integrat.

Istoria circuitelor integrate

Istoria circuitelor integrate a fost începută cu dispozitive în stare solidă. Invenția primului tub de vid a fost făcută de John Ambrose (J.A) Fleming în anul 1897, numită diodă de vid. Pentru motoare, el a inventat regula stângii. După aceea, în anul 1906, a fost inventat un nou vid și anume Triode și este folosit pentru amplificare.

După aceea, tranzistorul a fost inventat la Bell Labs în anul 1947 pentru a înlocui parțial tuburile de vid, deoarece tranzistoarele sunt componente mici care utilizează mai puțină energie pentru a funcționa. Diferite circuite au fost proiectate folosind componente discrete separându-se între ele, precum și aranjate pe plăcile de circuite imprimate prin controlul prin mâini cunoscute sub numele de circuite neintegrate. Aceste circuite integrate consumă multă energie și spațiu, iar ieșirea lor nu este atât de lină.

În 1959, a fost dezvoltat Circuitul integrat, unde mai multe componente electronice și electrice au fost fabricate pe o singură placă de siliciu. Circuitele integrate utilizează o putere redusă pentru a funcționa, precum și pentru a asigura o ieșire lină. Mai mult, îmbunătățirea tranzistoarelor peste un circuit integrat poate fi, de asemenea, mărită.

Evoluția circuitului integrat din diferite tehnologii

Clasificarea IC-urilor se poate face pe baza dimensiunilor cipului și a scalei de integrare. Aici, o scară de integrare specifică numărul de componente electronice plasate într-un circuit integrat tipic.
Din 1961 până în 1965, tehnologia de integrare la scară mică (SSI) a fost utilizată pentru a fabrica 10 până la 100 de tranzistoare pe un singur cip pentru a realiza flip flops și porți logice.

Din 1966 până în 1970, tehnologia de integrare la scară medie (MSI) a fost utilizată pentru a fabrica de la 100 la 1000 de tranzistoare pe un singur cip pentru a face multiplexoare, decodoare și contoare.

Din 1971 până în 1979, tehnologia de integrare pe scară largă (LSI) a fost utilizată pentru a fabrica 1000 până la 20000 de tranzistoare pe un singur cip pentru a face RAM, microprocesor, ROM

Din 1980 până în 1984, tehnologia de integrare pe scară largă (VLSI) a fost utilizată pentru a fabrica 20000 până la 50000 de tranzistoare pe un singur cip pentru a face microprocesoare RISC, DSP-uri și microprocesoare mi16-bit și 32-bit.

Din 1985 până în prezent, tehnologia de integrare ultra mare (ULSI) a fost utilizată pentru a fabrica 50000 până la miliarde de tranzistoare pe un singur cip pentru a produce microprocesoare pe 64 de biți.

Limitări ale diferitelor tipuri de circuite integrate

Limitarea diferitelor tipuri de circuite integrate include următoarele.

“folosind tranzistorul npn ca întrerupător ”

Puterea nominală este limitată
Funcționează la tensiune scăzută
Generează zgomot în timpul funcționării
Un rating ridicat al PNP nu este probabil
Componentele sale sunt dependente de tensiune, cum ar fi rezistențele și condensatoarele
Este delicat
Fabricarea unui IC prin zgomot redus este dificilă
Coeficientul de temperatură este dificil de atins.
Asamblarea PNP de înaltă calitate nu este realizabilă.
În IC, orice com
Într-un IC, diferite componente nu pot fi înlocuite, eliminate, astfel, dacă orice componentă dintr-un IC se deteriorează, atunci IC-ul complet trebuie să se schimbe cu cel nou.
Puterea nominală este limitată, deoarece nu este posibilă producerea de circuite integrate de peste 10 wați

Diferite tipuri de circuite integrate

Există diferite tipuri de circuite integrate, clasificarea circuitelor integrate se face pe baza diferitelor criterii. Câteva tipuri de circuite integrate dintr-un sistem sunt prezentate în figura de mai jos, cu numele lor într-un format de copac.

Diferite tipuri de ICS

Pe baza aplicației intenționate, IC este clasificat ca circuite integrate analogice, circuite integrate digitale și circuite integrate mixte.

Circuite integrate digitale

Circuitele integrate care funcționează doar la câteva niveluri definite în loc să opereze nivelurile generale de amplitudine a semnalului se numesc circuite integrate digitale și acestea sunt proiectate utilizând mai multe numere de porți logice digitale , multiplexoare, flip-flops și alte componente electronice ale circuitelor. Aceste porți logice funcționează cu date de intrare binare sau date de intrare digitale, cum ar fi 0 (scăzut sau fals sau logic 0) și 1 (înalt sau adevărat sau logic 1).

Circuite integrate digitale

Figura de mai sus arată pașii implicați în proiectarea circuitelor integrate digitale tipice. Aceste circuite integrate digitale sunt frecvent utilizate în computere, microprocesoare , procesoare digitale de semnal, rețele de calculatoare și contoare de frecvență. Există diferite tipuri de circuite integrate digitale sau tipuri de circuite integrate digitale, cum ar fi circuite integrate programabile, cipuri de memorie, circuite integrate logice, circuite integrate de gestionare a energiei și circuite integrate de interfață.

Circuite integrate analogice

Circuitele integrate care funcționează pe o gamă continuă de semnale se numesc circuite integrate analogice. Acestea sunt împărțite în circuite integrate liniare (circuite integrate liniare) și Frecventa radio Circuite integrate (IC-uri RF). De fapt, relația dintre tensiune și curent poate fi neliniară în unele cazuri pe o gamă lungă de semnal analogic continuu.

Circuite integrate analogice

IC analogic frecvent utilizat este un amplificator operațional sau pur și simplu numit op-amp, similar cu amplificatorul diferențial, dar posedă un câștig de tensiune foarte mare. Acesta constă dintr-un număr foarte mic de tranzistoare comparativ cu circuitele digitale digitale și, pentru dezvoltarea circuitelor integrate analogice specifice aplicațiilor analogice (ASIC-uri analogice), sunt utilizate instrumente de simulare computerizate.

Circuite integrate liniare

Într-un circuit analogic integrat, dacă există o relație liniară între tensiunea și curentul său, atunci este cunoscut sub numele de IC liniar. Cel mai bun exemplu al acestui IC liniar este 741 IC, este un amplificator opțional DIP (Dual In-line Package) cu 8 pini,

Circuite integrate de frecvență radio

În CI analogic, dacă există o relație neliniară între tensiunea și curentul său, atunci se numește CI de radiofrecvență. Acest tip de IC este, de asemenea, cunoscut sub numele de circuit integrat de frecvență radio.

Circuite integrate mixte

Circuitele integrate care se obțin prin combinația de circuite integrate analogice și digitale pe un singur cip se numesc circuite integrate mixte. Aceste circuite integrate funcționează ca convertoare digitale în analogice, Convertoare analogice la digitale (Convertoare D / A și A / D) și circuite integrate de ceas / sincronizare. Circuitul descris în figura de mai sus este un exemplu al circuitului integrat mixt, care este o fotografie a receptorului radar de auto-vindecare de 8 până la 18 GHz.

Circuite integrate mixte

Acest sistem de semnal mixt pe un cip este un rezultat al avansurilor în tehnologia de integrare, care a permis integrarea funcțiilor digitale, analogice multiple și RF pe un singur cip.

Tipurile generale de circuite integrate (CI) includ următoarele:

Circuite logice

Aceste circuite integrate sunt proiectate folosind porți logice - care funcționează cu intrare și ieșire binară (0 sau 1). Acestea sunt utilizate în cea mai mare parte ca factorii de decizie. Bazat pe tabela logică sau adevărată a porților logice, toate porțile logice conectate în IC dau o ieșire bazată pe circuitul conectat în interiorul IC- astfel încât această ieșire este utilizată pentru efectuarea unei sarcini specifice. Câteva IC-uri logice sunt prezentate mai jos.

Circuite logice

Comparatoare

IC-urile comparatoare sunt utilizate ca comparatoare pentru compararea intrărilor și apoi pentru a produce o ieșire bazată pe comparația IC-urilor.

Comparatoare

Comutarea IC-urilor

Comutatoarele sau comutatoarele IC sunt proiectate folosind tranzistoarele și sunt utilizate pentru efectuarea operații de comutare . Figura de mai sus este un exemplu care arată un comutator SPDT IC.

Comutarea IC-urilor

Amplificatoare audio

Sunetul amplificatoare sunt unul dintre multele tipuri de circuite integrate, care sunt utilizate pentru amplificarea sunetului. Acestea sunt utilizate în general în difuzoare audio, circuite de televiziune și așa mai departe. Circuitul de mai sus arată IC-ul amplificatorului audio de joasă tensiune.

Amplificatoare audio

Circuit integrat CMOS

Circuitele integrate CMOS sunt extrem de utilizate în diferite aplicații în comparație cu FET-urile datorită capacităților lor, cum ar fi tensiunea de prag mai mică, consumul redus de energie. Un IC CMOS include dispozitive P-MOS și N-MOS care sunt fabricate împreună pe un cip similar. Structura acestui CI este o poartă Polysilicon care ajută la scăderea tensiunii de prag a dispozitivului, permițând astfel procesul la niveluri de joasă tensiune.

Circuite integrate ale regulatorului de tensiune

Acest tip de circuit integrat oferă o ieșire DC stabilă, în ciuda modificărilor din intrarea DC. Regulatoarele de tip utilizate în mod obișnuit sunt IC-urile LM309, uA723, LM105 și 78XX.

Amplificatoare operaționale

amplificatoare operaționale sunt circuite integrate utilizate frecvent, similar cu amplificatoarele audio care sunt utilizate pentru amplificarea audio. Aceste amplificatoare op sunt utilizate în scopuri de amplificare, iar aceste circuite integrate funcționează similar cu tranzistor circuite amplificatoare. Configurația pin a IC-ului 741 op-amp este prezentată în figura de mai sus.

Amplificatoare operaționale

IC-uri de temporizare

Cronometre sunt circuite integrate cu destinație specială utilizate în scopul numărării și pentru a ține evidența timpului în aplicațiile prevăzute. Schema bloc a circuitului intern al IC timer LM555 este prezentat în circuitul de mai sus. Pe baza numărului de componente utilizate (de obicei pe baza numărului de tranzistoare utilizate), acestea sunt după cum urmează

IC-uri de temporizare

Integrare la scară mică este format din doar câțiva tranzistori (zeci de tranzistoare pe un cip), aceste circuite integrate au jucat un rol critic în primele proiecte aerospațiale.

Integrare la scară medie este format din câteva sute de tranzistoare pe cipul IC dezvoltat în anii 1960 și a obținut o economie și avantaje mai bune în comparație cu circuitele IC SSI.

Integrare pe scară largă este format din mii de tranzistori pe cip cu aproape aceeași economie ca IC-urile de integrare la scară medie. Primul microprocesor, cipuri de calculator și RAM de 1 Kbit dezvoltat în anii 1970 avea sub patru mii de tranzistoare.

Integrare la scară foarte mare este format din tranzistoare de la sute la câteva miliarde. (Perioada de dezvoltare: din anii 1980 până în 2009)

Integrare ultra-mare constă din tranzistoare care depășesc mai mult de un milion și au fost dezvoltate ulterior integrarea la scară de wafer (WSI), sistemul pe un cip (SoC) și circuitul integrat tridimensional (3D-IC).

Toate acestea pot fi tratate ca generații de tehnologie integrată. CI-urile sunt, de asemenea, clasificate pe baza procesului de fabricație și a tehnologiei de ambalare. Există numeroase tipuri de circuite integrate, printre care un CI va funcționa ca temporizator, contor, Inregistreaza-te , amplificator, oscilator, poartă logică, sumator, microprocesor și așa mai departe.

“construiți-vă propria sursă de alimentare neîntreruptibilă ”

Tipuri de circuite integrate bazate pe clase

Circuitele integrate sunt disponibile în trei clase, pe baza tehnicilor utilizate în timpul fabricării acestora.

Circuite integrate cu film subțire și gros
CI monolitice
IC-uri hibride sau multichip

CI subțiri și groase

În aceste tipuri de circuite integrate, sunt utilizate componente pasive precum condensatoarele și rezistențele, totuși tranzistoarele și diodele sunt conectate ca componente separate pentru a proiecta un circuit. Aceste IC-uri sunt pur și simplu combinația de componente integrate, precum și componente separate, iar aceste IC-uri au caracteristici și aspect conexe, în afară de modul de depunere a filmului. Din ICS, se poate decide depunerea subțire a filmului ICs.

Aceste circuite integrate sunt proiectate prin realizarea filmelor de depunere a materialului pe suprafața sticlei, altfel pe un suport ceramic. Prin modificarea grosimii filmelor pe materiale, va avea o rezistivitate diferită și se poate realiza fabricarea componentelor electronice pasive.

În acest tip de circuit integrat, metoda de imprimare cu mătase este utilizată pentru a realiza modelul necesar al circuitului pe un substrat ceramic. Uneori, acest tip de circuite integrate se numește circuite imprimate cu film subțire.

CI monolitice

În acest tip de circuite integrate, se pot forma interconectările componentelor active, pasive și discrete de pe un cip de siliciu. După cum sugerează și numele, este derivat din cuvântul grecesc ca mono nu este altceva decât unic, în timp ce Lithos înseamnă piatră. În prezent, aceste circuite integrate sunt cel mai frecvent utilizate datorită costurilor mai mici, precum și fiabilității. CI-urile care sunt fabricate comercial sunt utilizate ca regulatoare de tensiune, amplificatoare, circuite de calculator și receptoare AM. Cu toate acestea, izolația dintre componentele monolitice IC este slabă, dar are și o putere mai mică,

IC pachet dual-in-line (DIP)

Un DIP (un pachet dual in-line) sau DIPP (pachet dual in-line pin) este un pachet de componente electronice în termeni de microelectronică sau electronică cu o placă dreptunghiulară și două rânduri paralele cu pini de conectare electrică.

IC-uri hibride sau multi-chip

După cum sugerează și numele, multi înseamnă deasupra unui cip individual care este interconectat. Componentele active, cum ar fi diodele sau tranzistoarele difuze, includ aceste circuite integrate, în timp ce componentele pasive sunt condensatorii sau rezistențele difuzate pe un singur cip. Conexiunea acestor componente se poate face prin prototipuri metalizate. Circuitele integrate multi-cip sunt utilizate pe scară largă pentru aplicațiile amplificatorului de mare putere de la 5W la 50W. În comparație cu circuitele integrate monolitice, performanțele IC-urilor hibride sunt superioare.

Tipuri de pachete IC

Pachetele IC sunt clasificate în două tipuri, cum ar fi ambalarea prin montare prin gaură și montare pe suprafață.

Pachete de montare prin gaură

Proiectarea acestora se poate face acolo unde știfturile de plumb sunt fixate printr-o față a plăcii și mocnite pe cealaltă parte. În comparație cu alte tipuri, dimensiunea acestor pachete este mai mare. Acestea sunt utilizate în principal în cadrul dispozitivelor electronice pentru a echilibra spațiul plăcii, precum și limitele de cost. Cel mai bun exemplu de pachete de montare prin găuri sunt pachetele Dual inline, deoarece acestea sunt cele mai utilizate în mod semnificativ. Aceste pachete sunt disponibile în două tipuri, cum ar fi ceramica și plasticul.

În ATmega328, cei 28 de pini sunt localizați în paralel unul cu celălalt prin extindere verticală și așezate pe o placă de formă dreptunghiulară din plastic negru. Spațiul dintre pini este menținut cu 0,1 inci. În plus, pachetul își schimbă dimensiunea din cauza diferenței dintre nr. de pini în pachete diferite. Dispunerea acestor știfturi poate fi realizată în așa fel încât să poată fi reglată pe mijlocul unei plăci de prindere, astfel încât să nu poată apărea scurtcircuitul.

Diferitele pachete IC de montare prin gaură sunt PDIP, DIP, ZIP, PENTAWATT, T7-TO220, TO2205, TO220, TO99, TO92, TO18, TO03.

Ambalare montată pe suprafață

Acest tip de ambalaj urmează în principal tehnologia de montare, care localizează componentele direct pe PCB. Chiar dacă metodele sale de fabricație vor ajuta să facă lucrurile rapid, îmbunătățește, de asemenea, șansele de defecte datorate componentelor minuscule și sunt aranjate foarte aproape una de cealaltă. Acest tip de ambalaj utilizează turnare din plastic sau ceramică. Diferitele tipuri de ambalaje montate pe suprafață care utilizează matrițe din plastic sunt un pachet mic cu contur cu L și BGA (Ball Grid Array).

Diferitele pachete IC de montare pe suprafață sunt SOT23, SOT223, TO252, TO263, DDPAK, SOP, TSOP, TQFP, QFN și BGA.

Avantaje

Avantajele tipurilor de circuite integrate sunt discutate mai jos.

Consumul de energie este redus

Circuitele integrate utilizează mai puțină energie pentru a funcționa corect datorită dimensiunii și construcției lor mai mici.

“diferența dintre flip flop și zăvor ”

Dimensiunea este compactă

Un circuit mic care utilizează circuite integrate poate fi obținut pentru o funcționalitate dată în comparație cu circuitul discret.

Cost mai mic

În comparație cu circuitele discrete, circuitele integrate sunt disponibile la un cost mai mic datorită tehnologiilor lor de fabricație, precum și utilizării materialului redus.

Greutate mai mică

Circuitele care utilizează circuite integrate au o greutate mai mică în comparație cu circuitele discrete

Viteza de operare este îmbunătățită

Circuitele integrate funcționează la viteze mari datorită vitezei de comutare, precum și a consumului redus de energie.

Fiabilitate ridicată

Odată ce circuitul utilizează conexiuni reduse, atunci circuitele integrate vor oferi o fiabilitate ridicată în comparație cu circuitele digitale.

Dimensiunea IC este mică, dar mii de componente pot fi fabricate pe acest cip.
Prin utilizarea unui singur cip, sunt concepute diferite circuite electronice complexe
Datorită producției în vrac, acestea sunt disponibile cu costuri mai mici
Viteza de funcționare este mare din cauza lipsei efectului de capacitate parazitară.
Din circuitul mamă, acesta poate fi schimbat cu ușurință

Dezavantaje

Dezavantajele diferitelor tipuri de circuite integrate includ următoarele.

Căldura nu poate fi disipată la o rată necesară, deoarece dimensiunea sa mică și deversarea curentului pot provoca daune IC
În circuitele integrate, transformatoarele, precum și inductoarele, nu pot fi încorporate
Se ocupă de o gamă limitată de putere
Asamblarea PNP de înaltă calitate nu este realizabilă.
Un coeficient de temperatură scăzută nu poate fi atins
Gama de disipare a puterii este de până la 10 wați
Funcționarea de înaltă tensiune și zgomot redus nu poate fi obținută

Astfel, este vorba despre o privire de ansamblu asupra diferitelor tipuri de circuite integrate. Circuitele integrate convenționale sunt reduse în utilizarea practică, datorită invenției nanoelectronice și miniaturizarea IC-urilor fiind continuată de acest lucru Tehnologie nano-electronică . Cu toate acestea, IC-urile convenționale nu sunt încă înlocuite cu nanoelectronică, dar utilizarea IC-urilor convenționale este diminuată parțial. Pentru îmbunătățirea tehnică a acestui articol, vă rugăm să postați întrebările, ideile și sugestiile dvs. ca comentarii în secțiunea de mai jos.

Credite foto: