Minden olyan elektronikus készüléket, amelyet a mindennapi életünk során használunk, például a mobiltelefonokat, laptopokat, hűtőszekrényeket, számítógépeket, televíziókat és minden más elektromos és elektronikus eszközt, egyszerű vagy összetett áramkörökkel gyártanak. Az elektronikus áramkörök többszörös felhasználásával valósulnak meg elektromos és elektronikus alkatrészek összekötve egymást vezetékekkel vagy vezetékek vezetésével az áram áramlásához az áramkör több elemén keresztül, mint pl ellenállások , kondenzátorok , induktivitások, diódák, tranzisztorok stb. Az áramkörök különböző kritériumok alapján különböző típusokba sorolhatók, például kapcsolatok alapján: soros és párhuzamos áramkörök az áramkör mérete és gyártási folyamata alapján: integrált áramkörök és diszkrét áramkörök, valamint az áramkörben használt jel alapján : analóg áramkörök és digitális áramkörök. Ez a cikk áttekintést nyújt a különféle típusú integrált áramkörökről és azok alkalmazásáról.

Mi az az integrált áramkör?

Az integrált áramkör vagy IC vagy mikrochip vagy chip mikroszkopikus elektronikus áramkör tömb, amelyet különféle elektromos és elektronikus alkatrészek (ellenállások, kondenzátorok, tranzisztorok és így tovább) gyártásával félvezető anyag (szilícium) ostya, amely a diszkrét elektronikus alkatrészekből készült nagy diszkrét elektronikus áramkörökhöz hasonló műveleteket hajthat végre.

Integrált áramkörök

Mivel mindezek az alkatrésztömbök, a mikroszkopikus áramkörök és a félvezető ostyák anyagalapja egymással integrálva egyetlen chipet alkot, ezért integrált áramkörnek vagy integrált chipnek vagy mikrochipnek nevezzük.

Az elektronikus áramköröket különálló vagy különálló elektronikus alkatrészek felhasználásával fejlesztik ki, különböző méretben, így ezeknek a különálló áramköröknek a költsége és mérete az áramkörben használt alkatrészek számával növekszik. Ennek a negatív aspektusnak a leküzdésére fejlesztették ki az integrált áramköri technológiát - Jack Kilby, a Texas Instruments fejlesztette ki az első IC-t vagy integrált áramkört az 1950-es években, majd Robert Noyce (Fairchild Semiconductor) megoldotta ennek az integrált áramkörnek néhány gyakorlati problémáját.

Az integrált áramkörök története

Az integrált áramkörök történetét szilárdtest-eszközökkel kezdték meg. Az első vákuumcső feltalálását John Ambrose (J.A.) Fleming végezte el 1897-ben, vákuumdiódának hívták. A motorokhoz feltalálta a bal oldali szabályt. Ezt követően, 1906-ban, egy új vákuumot találtak ki, nevezetesen a Triode-ot, amelyet amplifikációra használnak.

Ezt követően 1947-ben a Bell Labs-nál feltalálták a tranzisztort a vákuumcsövek részleges cseréjére, mivel a tranzisztorok kis alkatrészek, amelyek kevesebb energiát használnak fel a munkához. Különböző áramköröket különálló alkatrészek felhasználásával terveztek egymástól elválasztva, valamint elrendezték a nyomtatott áramköri lapokon úgy, hogy nem integrált áramkörként ismert kézen keresztül vezérelték őket. Ezek az IC-k sok energiát és helyet fogyasztanak, és a kimenetük nem olyan zökkenőmentes.

1959-ben kifejlesztették az integrált áramkört, ahol több elektronikus és elektromos alkatrészt gyártottak egyetlen szilícium ostyán. Az integrált áramkörök alacsony energiafogyasztást igényelnek, és egyenletes kimenetet biztosítanak. Továbbá növelhető a tranzisztorok integrált áramkörön keresztüli továbbfejlesztése is.

Integrált áramkör evolúció a különböző technológiákból

Az IC-k osztályozása a chip mérete és az integrációs skála alapján történhet. Itt egy integrációs skála határozza meg a tipikus integrált áramkörbe helyezett elektronikus alkatrészek számát.
1961 és 1965 között kis léptékű integrációs (SSI) technológiát alkalmaztak 10–100 tranzisztor gyártására egyetlen chipen, flip-flop és logikai kapuk készítéséhez.

1966 és 1970 között közepes léptékű integrációs (MSI) technológiát alkalmaztak 100-1000 tranzisztor gyártására egyetlen chipen, multiplexerek, dekóderek és számlálók gyártásához.

1971 és 1979 között nagyszabású integrációs technológiát (LSI) alkalmaztak 1000-20000 tranzisztor gyártására egyetlen chipen, RAM, mikroprocesszor, ROM előállításához.

1980 és 1984 között nagyon nagyszabású integrációs (VLSI) technológiát alkalmaztak 20000–50000 tranzisztor gyártására egyetlen chipen, hogy RISC mikroprocesszorokat, DSP-ket, valamint mi16 és 32 bites mikroprocesszorokat állítsanak elő.

1985-től mostanáig az ultra nagy léptékű integrációs (ULSI) technológiát alkalmazták 50000 és milliárd tranzisztor gyártására egyetlen chipen, 64 bites mikroprocesszorok előállítására.

Az integrált áramkörök különböző típusainak korlátai

A különböző típusú IC-k korlátozása a következőket tartalmazza.

“arduino mega 2560 pinout diagram ”

Teljesítmény korlátozott
Alacsony feszültségen működik
Működés közben zajt generál
A PNP magas besorolása nem valószínű
Komponensei feszültségfüggőek, mint az ellenállások és kondenzátorok
Finom
Az IC-k gyártása alacsony zajszint mellett nehéz
A hőmérsékleti együtthatót nehéz elérni.
Kiváló minőségű PNP összeszerelése nem érhető el.
Az IC-ben bármely com
Egy IC-ben a különböző alkatrészeket nem lehet kicserélni, eltávolítani, tehát ha az IC-n belül bármelyik alkatrész megsérül, akkor a teljes IC-nek meg kell váltania az újat.
A teljesítménynév korlátozott, mert a 10 W-nál nagyobb teljesítményű IC-k gyártása nem lehetséges

Különböző típusú integrált áramkörök

Különböző típusú IC-k vannak, az integrált áramkörök osztályozása különböző kritériumok alapján történik. Az alábbi ábrán néhány rendszer IC típusát mutatjuk be, nevükkel fa formátumban.

Az ICS különböző típusai

A tervezett alkalmazás alapján az IC-t analóg integrált áramkörökhöz, digitális integrált áramkörökhöz és vegyes integrált áramkörökhöz sorolják.

Digitális integrált áramkörök

Azokat az integrált áramköröket, amelyek a jel amplitúdójának teljes szintje helyett csak néhány meghatározott szinten működnek, digitális IC-knek nevezzük, és ezeket többféle digitális logikai kapuk , multiplexerek, papucsok és az áramkörök egyéb elektronikus alkatrészei. Ezek a logikai kapuk bináris bemeneti adatokkal vagy digitális bemeneti adatokkal működnek, például 0 (alacsony vagy hamis vagy logikai 0) és 1 (magas vagy igaz vagy logikai 1).

Digitális integrált áramkörök

A fenti ábra bemutatja a tipikus digitális integrált áramkörök tervezésének lépéseit. Ezeket a digitális IC-ket gyakran használják a számítógépekben, mikroprocesszorok , digitális jelfeldolgozók, számítógépes hálózatok és frekvenciaszámlálók. Különböző típusú digitális IC-k vagy típusú digitális integrált áramkörök léteznek, például programozható IC-k, memóriachipek, logikai IC-k, energiagazdálkodási IC-k és interfész-IC-k.

Analóg integrált áramkörök

A folyamatos jeltartományban működő integrált áramköröket analóg IC-knek nevezzük. Ezeket fel lehet osztani lineáris integrált áramkörökre (Lineáris IC-k) és Rádiófrekvencia Integrált áramkörök (RF IC-k). Valójában a feszültség és az áram kapcsolata egyes esetekben nem folyamatos lehet a folyamatos analóg jel hosszú tartományában.

Analóg integrált áramkörök

A gyakran használt analóg IC működési erősítő vagy egyszerűen op-erősítőnek hívják, hasonlóan a differenciálerősítőhöz, de nagyon nagy feszültségerősítéssel rendelkezik. A digitális IC-khez képest nagyon kevés tranzisztorból áll, és az analóg alkalmazás-specifikus integrált áramkörök (analóg ASIC-ek) kifejlesztéséhez számítógépes szimulációs eszközöket használnak.

Lineáris integrált áramkörök

Egy analóg integrált áramkörben, ha a feszültsége és az áram között lineáris összefüggés van, akkor lineáris IC-ként ismert. A lineáris IC legjobb példája a 741 IC, egy 8 tűs DIP (Dual In-line Package) op-amp,

Rádiófrekvenciás integrált áramkörök

Analóg IC-ben, ha feszültsége és árama között nemlineáris összefüggés van, akkor rádiófrekvenciás IC-knek nevezzük. Ez a fajta IC rádiófrekvenciás integrált áramkörként is ismert.

Vegyes integrált áramkörök

Az integrált áramköröket, amelyeket analóg és digitális IC-k kombinálásával kapunk egyetlen chipen, vegyes IC-knek nevezzük. Ezek az IC-k digitális analóg átalakítóként működnek, Analóg-digitális átalakítók (D / A és A / D konverterek), valamint az óra / időzítés IC-k. A fenti ábrán bemutatott áramkör egy példa a vegyes integrált áramkörre, amely a 8-18 GHz-es öngyógyító radar vevő fényképe.

Vegyes integrált áramkörök

Ez a vegyes jelű chip-chip-en az integrációs technológia fejlődésének eredménye, amely lehetővé tette a digitális, több analóg és RF funkció integrálását egyetlen chipbe.

Az integrált áramkörök (IC) általános típusai a következők:

Logikai áramkörök

Ezeket az IC-ket logikai kapuk felhasználásával tervezték, amelyek bináris bemenettel és kimenettel működnek (0 vagy 1). Ezeket többnyire döntéshozóként használják. A logikai kapuk logikai vagy igazságtáblázata alapján az IC-be kapcsolt összes logikai kapu az IC-ben belül csatlakoztatott áramkör alapján kimenetet ad, oly módon, hogy ezt a kimenetet egy meghatározott tervezett feladat végrehajtására használják. Néhány logikai IC látható az alábbiakban.

Logikai áramkörök

Összehasonlítók

Az összehasonlító IC-ket összehasonlító elemként használják a bemenetek összehasonlításához, majd az IC-k összehasonlítása alapján kimenet előállításához.

Összehasonlítók

IC-k kapcsolása

A kapcsolókat vagy a kapcsoló IC-ket a tranzisztorok használatával tervezték, és azok végrehajtására használják kapcsolási műveletek . A fenti ábra egy példa egy SPDT IC kapcsolóra.

IC-k kapcsolása

Hangerősítők

A hang erősítők egyike a sokféle IC-nek, amelyeket a hang erősítésére használnak. Ezeket általában hangszórókban, televíziós áramkörökben stb. A fenti áramkör a kisfeszültségű hangerősítő IC-t mutatja.

Hangerősítők

CMOS integrált áramkör

A CMOS integrált áramköröket rendkívül használják a különböző alkalmazásokban, összehasonlítva a FET-ekkel, olyan képességeik miatt, mint az alacsonyabb küszöbfeszültség, az alacsony energiafogyasztás. A CMOS IC P-MOS és N-MOS eszközöket tartalmaz, amelyeket hasonló chipen együtt gyártanak. Ennek az IC-nek a szerkezete egy poliszilícium kapu, amely segíti az eszköz küszöbfeszültségének csökkentését, így lehetővé teszi a folyamatot alacsony feszültségű szinteken.

Feszültségszabályozó IC-k

Ez a fajta integrált áramkör stabil DC kimenetet biztosít a DC bemeneten belüli változások ellenére. Az általánosan használt típusú szabályozók az LM309, uA723, LM105 és 78XX IC-k.

Műveleti erősítők

A műveleti erősítők gyakran használják az IC-ket, hasonlóan a hangerősítőkhöz használt hangerősítőkhöz. Ezeket az op-erősítőket amplifikációs célokra használják, és ezek az IC-k hasonlóan működnek, mint az tranzisztor erősítő áramkörök. A 741 op-amp IC érintkezőkonfigurációját a fenti ábra mutatja.

Műveleti erősítők

“1500 wattos fűtőelem vezérlő ”

Időzítő IC-k

Időzítők olyan speciális rendeltetésű integrált áramkörök, amelyeket számlálás céljára és a tervezett alkalmazások időbeli nyomon követésére használnak. A belső áramkör blokkvázlata LM555 időzítő IC ábra a fenti áramkörben látható. A felhasznált alkatrészek száma alapján (jellemzően a felhasznált tranzisztorok száma alapján) ezek a következők

Időzítő IC-k

Kis léptékű integráció csak néhány tranzisztorból áll (több tíz tranzisztor egy chipen), ezek az IC-k kritikus szerepet játszottak a korai repülőgép-projektekben.

Közepes léptékű integráció az 1960-as években kifejlesztett IC chip több száz tranzisztorából áll, amelyek jobb gazdaságosságot és előnyöket értek el az SSI IC-khez képest.

Nagyszabású integráció a chip chipjeinek ezreiből áll, szinte ugyanolyan gazdaságossággal, mint a közepes méretű integrációs IC-k. Az 1970-es években kifejlesztett első 1Kbit-es mikroprocesszor, számológép-chipek és RAM-ok négyezer tranzisztor alatt voltak.

Nagyon nagyszabású integráció száz vagy több milliárd tranzisztort tartalmaz. (Fejlesztési időszak: az 1980-as évektől 2009-ig)

Rendkívül nagyszabású integráció egymilliót meghaladó tranzisztorokból áll, majd később ostya méretű integrációt (WSI), chipen lévő rendszert (SoC) és háromdimenziós integrált áramkört (3D-IC) fejlesztettek ki.

Mindezek az integrált technológia generációiként kezelhetők. Az IC-ket a gyártási folyamat és a csomagolási technológia alapján is osztályozzák. Számos IC-típus létezik, amelyek közül az IC időzítőként, számlálóként, Regisztráció , erősítő, oszcillátor, logikai kapu, összeadó, mikroprocesszor stb.

Osztályokon alapuló integrált áramkörök típusai

Az integrált áramkörök három osztályban állnak rendelkezésre a gyártásuk során alkalmazott technikák alapján.

Vékony és vastag film IC-k
Monolit IC-k
Hibrid vagy multichip IC-k

Vékony és vastag IC-k

Az ilyen típusú integrált áramkörökben passzív alkatrészeket, például kondenzátorokat és ellenállásokat használnak, azonban a tranzisztorok és a diódák külön alkatrészként vannak csatlakoztatva az áramkör tervezéséhez. Ezek az IC-k egyszerűen integrált és különálló komponensek kombinációját alkotják, és ezeknek az IC-knek a film lerakódásának módjától eltekintve hasonló tulajdonságaik és megjelenésük van. Az ICS-ből el lehet dönteni a vékony IC-k filmrétegét.

Ezeket az IC-ket úgy tervezték meg, hogy az anyag rétegző filmjeit az üveg felületére másképpen kerámia állványra vezették. A film vastagságának megváltoztatásával az anyagok különböző ellenállással bírnak, és passzív elektronikai alkatrészek gyártása végezhető el.

Az ilyen típusú integrált áramkörben a selyem nyomtatási módszert alkalmazzák az áramkör szükséges modelljének elkészítésére kerámia hordozón. Néha ezt a fajta IC-t nyomtatott vékonyfilm IC-nek nevezik.

Monolit IC-k

Ilyen típusú integrált áramkörökben kialakíthatók az aktív, a passzív és a diszkrét alkatrészek összekapcsolódásai egy szilícium chipen. Ahogy a neve is sugallja, a görög szóból származik, mivel a mono nem más, mint egyetlen, míg Lithos kőt jelent. Jelenleg ezeket az IC-ket használják az alacsonyabb költségek és a megbízhatóság miatt. A kereskedelemben gyártott IC-ket például feszültségszabályozók, erősítők, számítógépes áramkörök és AM vevők használják. A monolit IC alkatrészek közötti szigetelés azonban gyenge, de alacsonyabb teljesítményű is,

Dual-in-line package (DIP) IC

A DIP (kettős soros csomag) vagy a DIPP (kettős soros tűs csomag) a mikroelektronika vagy az elektronika szempontjából egy elektronikus alkatrész csomag, négyszögletes táblával és két párhuzamos sorral, elektromos csatlakozó csapokkal.

Hibrid vagy Multi-Chip IC-k

Ahogy a neve is sugallja, a multi egy összekapcsolt chip fölött jelent. Az aktív komponensek, például a diódák vagy a diffúz tranzisztorok tartalmazzák ezeket az IC-ket, míg a passzív komponensek a diffúz kondenzátorok vagy ellenállások egyetlen chipen. Ezen alkatrészek összekapcsolása metalizált prototípusokon keresztül történhet. A több chipes integrált áramköröket széles körben használják az 5 W és 50 W közötti nagy teljesítményű erősítők alkalmazásához. A monolit integrált áramkörökhöz képest a hibrid IC-k teljesítménye jobb.

Az IC-csomagok típusai

Az IC-csomagokat két típusba sorolják, például átmenő furatú és felületre szerelhető csomagolásba.

“hogyan működik a DC -DC átalakító ”

Átlyukon keresztül szerelhető csomagok

Ezeket úgy lehet megtervezni, hogy az ólomcsapok a tábla egyik felületén keresztül vannak rögzítve, és a másik oldalon el vannak parázsolva. Más típusokhoz képest ezeknek a csomagoknak a mérete nagyobb. Ezeket főként az elektronikus eszközökben használják a táblaterület és a költségkorlátok kiegyensúlyozására. Az átmenő furatú csomagok legjobb példája a Dual inline csomagok, mivel ezek a legjelentősebben használtak. Ezek a csomagok kétféle formában kaphatók, mint például kerámia és műanyag.

Az ATmega328-ban a 28 érintkezősarok egymással párhuzamosan helyezkednek el, függőlegesen kitágítva és fekete műanyag téglalap alakú táblára helyezve. A csapok közötti távolság 0,1 hüvelykes. Ezenkívül a csomag mérete megváltozik, mivel a no. csapok különböző csomagokban. Ezeknek a csapoknak az elrendezése úgy hajtható végre, hogy a kenyérlap közepéig szabályozhatók legyenek, így nem fordulhat elő rövidzárlat.

A különféle furatokon keresztül szerelhető IC csomagok: PDIP, DIP, ZIP, PENTAWATT, T7-TO220, TO2205, TO220, TO99, TO92, TO18, TO03.

Felületre szerelhető csomagolás

Ez a fajta csomagolás főként a szerelési technológiát követi, különben az alkatrészeket egyenesen a NYÁK-ra helyezve. Annak ellenére, hogy gyártási módszerei segítenek a dolgok gyors elvégzésében, javítja az apró alkatrészek miatti hibák esélyét, és nagyon közel vannak egymáshoz. Ez a fajta csomagolás műanyag vagy kerámia formázást használ. A műanyag formákat alkalmazó különféle felületre szerelhető csomagolások a kis körvonalú L-vezetésű csomagok és a BGA (Ball Grid Array).

A különböző felületre szerelhető IC csomagok: SOT23, SOT223, TO252, TO263, DDPAK, SOP, TSOP, TQFP, QFN és BGA.

Előnyök

Az integrált áramkörök típusainak előnyeit az alábbiakban tárgyaljuk.

Alacsony az energiafogyasztás

Az integrált áramkörök kevesebb energiát használnak a megfelelő működéshez, kisebb méretük és felépítésük miatt.

A méret kompakt

A diszkrét áramkörhöz képest egy adott funkcionalitáshoz egy kis áramkör kapható IC-k segítségével.

Kevesebb költség

A diszkrét áramkörökhöz képest az integrált áramkörök olcsóbbak, gyártási technológiájuk és alacsony anyagfelhasználásuk miatt.

Kevesebb súly

Az integrált áramköröket használó áramkörök kisebb súlyúak, mint a diszkrét áramkörök

Javul a működési sebesség

Az integrált áramkörök nagy sebességgel működnek kapcsolási sebességük és alacsony energiafogyasztásuk miatt.

Magas megbízhatóság

Ha az áramkör alacsony csatlakozásokat használ, akkor az integrált áramkörök nagy megbízhatóságot nyújtanak a digitális áramkörökhöz képest.

Az IC mérete kicsi, de több ezer alkatrész állítható elő ezen a chipen.
Egyetlen chip használatával különböző komplex elektronikus áramköröket terveznek
A tömeges termelés miatt ezek kevesebb költséggel állnak rendelkezésre
A parazita kapacitáshiány miatt a működési sebesség magas.
Az anyaáramkörből könnyen megváltoztatható

Hátrányok

A különböző típusú integrált áramkörök hátrányai a következők.

A hőt a kis mérete miatt nem lehet a szükséges sebességgel elvezetni, és az áram túlcsordulása károsíthatja az IC-t
Az integrált áramkörökben a transzformátorok, valamint az induktorok nem építhetők be
Korlátozott teljesítménytartományt kezel
Kiváló minőségű PNP összeszerelése nem érhető el.
Alacsony hőmérsékleti együttható nem érhető el
Az energiaelvezetési tartomány legfeljebb 10 watt
Nagyfeszültségű és alacsony zajszintű működés nem érhető el

Így itt minden a különféle típusú integrált áramkörök áttekintéséről szól. A hagyományos integrált áramkörök gyakorlati felhasználása csökken, mivel a nano-elektronika feltalálása és az IC-k miniatürizálása folytatódik ezzel Nano-elektronikai technológia . A hagyományos IC-ket azonban még nem helyettesíti a nanoelektronika, de a hagyományos IC-k használata részben csökken. A cikk technikai fejlesztése érdekében kéréseit, ötleteit és javaslatait tegye meg észrevételeiként az alábbi szakaszban.

Fotók: