Svaki elektronički uređaj koji koristimo u svakodnevnom životu, poput mobilnih telefona, prijenosnih računala, hladnjaka, računala, televizora i svih ostalih električnih i elektroničkih uređaja, proizveden je s nekim jednostavnim ili složenim krugovima. Elektronički sklopovi realiziraju se pomoću višestrukih električne i elektroničke komponente međusobno povezane povezivanjem žica ili provodnim žicama za protok električne struje kroz više komponenata kruga, kao što su otpornici , kondenzatori , prigušnice, diode, tranzistori itd. Sklopovi se mogu klasificirati u različite tipove na temelju različitih kriterija, kao što su, na temelju veza: serijski krugovi i paralelni krugovi na temelju veličine i proizvodnog procesa kruga: integrirani krugovi i diskretni krugovi, a na temelju signala koji se koristi u krugu : analogni sklopovi i digitalni sklopovi. Ovaj članak razmatra pregled različitih vrsta integriranih sklopova i njihove primjene.

Što je integrirani krug?

Integrirani krug ili IC ili mikročip ili čip su mikroskopski elektronički sklop niz nastao izradom različitih električnih i elektroničkih komponenata (otpornici, kondenzatori, tranzistori i tako dalje) na poluvodički materijal (silicijska) pločica, koja može izvoditi operacije slične velikim diskretnim elektroničkim sklopovima izrađenim od diskretnih elektroničkih komponenata.

Integrirani krugovi

Kako su svi ti nizovi komponenata, mikroskopski krugovi i baza materijala poluprovodničkih pločica integrirani zajedno da čine jedan čip, stoga se naziva integriranim krugom ili integriranim čipom ili mikročipom.

Elektronički sklopovi razvijaju se pomoću pojedinačnih ili diskretnih elektroničkih komponenata različitih veličina, tako da se cijena i veličina ovih diskretnih krugova povećavaju s brojem komponenata koje se koriste u krugu. Da bi se pobijedio ovaj negativni aspekt, razvijena je tehnologija integriranog kruga - Jack Kilby iz tvrtke Texas Instruments razvio je prvi IC ili integrirani krug 1950-ih, a nakon toga Robert Noyce iz tvrtke Fairchild Semiconductor riješio je neke praktične probleme ovog integriranog kruga.

Povijest integriranih krugova

Povijest integriranih sklopova započeta je s polutkastim uređajima. Izum prve vakuumske cijevi izveo je John Ambrose (J.A) Fleming 1897. godine, nazvan vakuum dioda. Za motore je izumio pravilo s lijeve strane. Nakon toga 1906. godine izumljen je novi vakuum, naime Triode, koji se koristi za pojačavanje.

Nakon toga, tranzistor je izumljen u Bell Labsu 1947. godine da bi zamijenio vakuumske cijevi djelomično jer su tranzistori male komponente koje za rad troše manje snage. Različiti krugovi dizajnirani su pomoću diskretnih komponenata međusobnim razdvajanjem, kao i raspoređeni na tiskanim pločama upravljanjem preko ruku poznatih kao neintegrirani krugovi. Ovi IC-ovi troše puno energije i prostora, a njihov izlaz nije tako uglađen.

1959. godine razvijen je Integrirani krug, gdje je nekoliko elektroničkih i električnih komponenata proizvedeno preko jedne silicijske pločice. Integrirani krugovi koriste malu snagu za rad, kao i za pružanje glatkog izlaza. Nadalje, poboljšanje tranzistora preko integriranog kruga također se može povećati.

Razvoj integriranog kruga iz različitih tehnologija

Klasifikacija IC-a može se izvršiti na temelju veličina čipa i integracijske ljestvice. Ovdje integracijska ljestvica određuje broj elektroničkih komponenata smještenih u tipični integrirani krug.
Od 1961. do 1965. godine tehnologija male integracije (SSI) koristila se za proizvodnju 10 do 100 tranzistora na jednom čipu za izradu japanki i logičkih vrata.

Od 1966. do 1970., tehnologija srednje integracije (MSI) koristila se za proizvodnju 100 do 1000 tranzistora na jednom čipu za izradu multipleksera, dekodera i brojača.

Od 1971. do 1979, tehnologija integracije velikih razmjera (LSI) korištena je za proizvodnju 1000 do 20000 tranzistora na jednom čipu za izradu RAM-a, mikroprocesora, ROM-a

Od 1980. do 1984., tehnologija velike integracije (VLSI) korištena je za proizvodnju 20000 do 50000 tranzistora na jednom čipu za izradu RISC mikroprocesora, DSP-a i mi16-bitnih i 32-bitnih mikroprocesora.

Od 1985. do danas, tehnologija ultra velikih razmjera (ULSI) korištena je za proizvodnju 50000 do milijardi tranzistora na jednom čipu za izradu 64-bitnih mikroprocesora.

Ograničenja različitih vrsta integriranih krugova

Ograničenja različitih vrsta IC uključuju sljedeće.

“što je kontroler punjenja ”

Nazivna snaga je ograničena
Funkcionira pri niskom naponu
Stvara buku tijekom rada
Visoka ocjena PNP-a nije vjerojatna
Njegove su komponente ovisne o naponu poput otpornika i kondenzatora
Osjetljivo je
Izrada IC-a kroz tihu buku je teška
Teško je postići temperaturni koeficijent.
Montaža visokokvalitetnog PNP-a nije ostvariva.
U IC-u je bilo koji com
U IC-u se različite komponente ne mogu zamijeniti, ukloniti, pa ako bilo koja komponenta unutar IC-a ošteti, tada se kompletna IC-a mora promijeniti s novom.
Nazivna snaga je ograničena jer proizvodnja IC-a iznad 10 W snage nije moguća

Različite vrste integriranih krugova

Postoje različite vrste IC-a klasifikacija integriranih krugova vrši se na temelju različitih kriterija. Nekoliko vrsta IC-a u sustavu prikazano je na donjoj slici s imenima u obliku stabla.

Različite vrste ICS-a

Na temelju predviđene primjene, IC se klasificira kao analogni integrirani krugovi, digitalni integrirani krugovi i mješoviti integrirani krugovi.

Digitalni integrirani krugovi

Integrirani krugovi koji rade samo na nekoliko definiranih razina umjesto da rade ukupne razine amplitude signala nazivaju se digitalnim IC-ovima i oni su dizajnirani pomoću višestrukih brojeva digitalna logička vrata , multiplekseri, japanke i druge elektroničke komponente sklopova. Ta logička vrata rade s binarnim ulaznim podacima ili digitalnim ulaznim podacima, kao što su 0 (niska ili lažna ili logička 0) i 1 (visoka ili istinita ili logička 1).

Digitalni integrirani krugovi

Gornja slika prikazuje korake koji su uključeni u projektiranje tipičnih digitalnih integriranih krugova. Ovi se digitalni IC često koriste u računalima, mikroprocesori , digitalni procesori signala, računalne mreže i brojači frekvencija. Postoje različite vrste digitalnih IC-a ili vrste digitalnih integriranih sklopova, poput programabilnih IC-a, memorijskih čipova, logičkih IC-a, IC-a za upravljanje napajanjem i IC-sučelja.

Analogni integrirani krugovi

Integrirani krugovi koji rade u kontinuiranom rasponu signala nazivaju se analognim IC-ovima. Podijeljeni su na linearne integrirane krugove (linearne IC) i Radijska frekvencija Integrirani krugovi (RF IC). Zapravo, odnos između napona i struje može u nekim slučajevima biti nelinearan tijekom dugog raspona kontinuiranog analognog signala.

Analogni integrirani krugovi

Često korišteno analogno IC operativno je pojačalo ili jednostavno nazvano op-pojačalo, slično diferencijalnom pojačalu, ali posjeduje vrlo visoko pojačanje napona. Sastoji se od vrlo manjeg broja tranzistora u usporedbi s digitalnim IC-ima, a za razvoj analognih integriranih sklopova specifičnih za primjenu (analogni ASIC) koriste se računalni alati za simulaciju.

Linearni integrirani krugovi

U analognom integriranom krugu, ako postoji linearna veza između njegovog napona i struje, tada je poznat kao linearni IC. Najbolji primjer ovog linearnog IC je.741 IC, 8-pinski DIP (dvostruki linijski paket) op-pojačalo,

Integrirani krugovi s radio frekvencijama

U analognom IC-u, ako postoji nelinearna veza između njegovog napona i struje, tada se naziva IC-om radiofrekvencije. Ova vrsta IC poznata je i kao radiofrekvencijski integrirani krug.

Mješoviti integrirani krugovi

Integrirani krugovi koji se dobivaju kombinacijom analognih i digitalnih IC na jednom čipu nazivaju se miješanim IC. Ove IC funkcioniraju kao digitalni u analogni pretvarači, Analogno digitalni pretvarači (D / A i A / D pretvarači) i IC-ovi sata / vremena. Strujni krug prikazan na gornjoj slici primjer je mješovitog integriranog kruga koji predstavlja fotografiju samoizlječivog radarskog prijamnika od 8 do 18 GHz.

Mješoviti integrirani krugovi

Ovaj sustav s miješanim signalima na čipu rezultat je napretka u integracijskoj tehnologiji koja je omogućila integraciju digitalnih, više analognih i RF funkcija na jedan čip.

Opće vrste integriranih krugova (IC) uključuju sljedeće:

Logički krugovi

Ovi IC-ovi su dizajnirani pomoću logičkih ulaza koji rade s binarnim ulazom i izlazom (0 ili 1). Oni se uglavnom koriste kao donositelji odluka. Na temelju tablice logike ili istine logičkih ulaza, svi logički priključci povezani u IC daju izlaz na temelju sklopa spojenog unutar IC-a, tako da se taj izlaz koristi za izvršavanje određenog zadanog zadatka. Nekoliko logičkih IC-a prikazano je u nastavku.

Logički krugovi

Usporednici

Usporedne IC koriste se kao usporedbe za usporedbu ulaza, a zatim za stvaranje rezultata na temelju usporedbe IC-a.

Usporednici

Prebacivanje IC-a

Prekidači ili sklopne IC dizajnirani su pomoću tranzistora i koriste se za izvođenje preklopne operacije . Gornja slika je primjer koji prikazuje SPDT IC prekidač.

Prebacivanje IC-a

Audio pojačala

Zvuk pojačala su jedna od mnogih vrsta IC-a koje se koriste za pojačavanje zvuka. Obično se koriste u audio zvučnicima, televizijskim krugovima itd. Gornji krug prikazuje IC niskonaponskog audio pojačala.

Audio pojačala

CMOS integrirani krug

CMOS integrirani krugovi izuzetno se koriste u različitim primjenama u usporedbi s FET-ovima zbog svojih mogućnosti poput napona nižeg praga, male potrošnje energije. CMOS IC uključuje P-MOS i N-MOS uređaje koji su zajednički proizvedeni na sličnom čipu. Struktura ovog IC-a je polisilikonska vrata koja pomažu u smanjenju praga napona uređaja, što omogućuje proces na niskonaponskim razinama.

IC-ovi regulatora napona

Ova vrsta integriranog kruga pruža stabilan istosmjerni izlaz unatoč promjenama unutar istosmjernog ulaza. Tipovi regulatora koji se najčešće koriste su IC-ovi LM309, uA723, LM105 i 78XX.

Operacijska pojačala

The operativna pojačala su često korištene IC-e, slične audio pojačalima koja se koriste za audio pojačanje. Ta se pojačala koriste u svrhe pojačanja, a ove IC rade slično kao i tranzistor krugovi pojačala. Konfiguracija pina IC-a optičkog pojačala 741 prikazana je na gornjoj slici.

Operacijska pojačala

IC-ovi s odbrojavanjem

Tajmeri su integrirani krugovi posebne namjene koji se koriste za brojanje i za praćenje vremena u predviđenim aplikacijama. Blok dijagram unutarnjeg kruga LM555 IC timer prikazan je u gornjem krugu. Na temelju broja korištenih komponenata (obično na temelju broja korištenih tranzistora), oni su sljedeći

IC-ovi s odbrojavanjem

Mala integracija sastoji se od samo nekoliko tranzistora (deseci tranzistora na čipu), ovi IC-ovi imali su presudnu ulogu u ranim zrakoplovnim projektima.

Integracija srednjeg opsega sastoji se od stotina tranzistora na IC čipu razvijenom 1960-ih i postignutom boljom ekonomičnošću i prednostima u odnosu na SSI IC.

Velike integracije sastoji se od tisuća tranzistora na čipu s gotovo jednakom ekonomičnošću kao integracijske IC-ove srednje veličine. Prvi mikroprocesor, računarski čipovi i RAM-ovi od 1Kbit razvijeni 1970-ih imali su ispod četiri tisuće tranzistora.

Vrlo velika integracija sastoji se od tranzistora od stotina do nekoliko milijardi (razdoblje razvoja: od 1980-ih do 2009)

Izuzetno velika integracija sastoji se od tranzistora koji premašuju više od jednog milijuna, a kasnije su razvijeni integrirani oblatni (WSI), sustav na čipu (SoC) i trodimenzionalni integrirani krug (3D-IC).

Sve se to može tretirati kao generacija integrirane tehnologije. IC-ovi su također klasificirani na temelju postupka izrade i tehnologije pakiranja. Postoje brojne vrste IC-a među kojima će IC funkcionirati kao mjerač vremena, brojač, Registar , pojačalo, oscilator, logička vrata, zbrajač, mikroprocesor itd.

“kako pretvoriti 220v u 120v ”

Vrste integriranih krugova na temelju klasa

Integrirani krugovi dostupni su u tri klase na temelju tehnika korištenih u njihovoj proizvodnji.

Tanke i debele slojeve IC
Monolitne IC
Hibridne ili višečipne IC

Tanke i debele IC

U ovim vrstama integriranih krugova koriste se pasivne komponente poput kondenzatora i otpornika, no tranzistori i diode su povezani kao odvojene komponente za projektiranje sklopa. Ovi IC-ovi su jednostavno kombinacija integriranih kao i zasebnih komponenata i ti IC-ovi imaju povezane karakteristike i izgled, osim načina taloženja filma. Iz ICS-a se može odlučiti o taloženju tankog ICs filma.

Ovi IC-ovi dizajnirani su provođenjem filmova za taloženje materijala na površinu stakla, inače na keramički stalak. Promjenom debljine filmova na materijalima će se postići različita otpornost i može se napraviti pasivna elektronička komponenta.

U ovoj vrsti integriranog kruga metoda svilenog tiska koristi se za izradu potrebnog modela sklopa na keramičkoj podlozi. Ponekad se ova vrsta IC-a naziva tiskana tankoslojna IC-a.

Monolitne IC

U ovoj vrsti integriranih krugova mogu se stvoriti međusobne veze aktivne, pasivne i diskretne komponente na silicijskom čipu. Kao što i samo ime govori, izvedeno je iz grčke riječi poput mono nije ništa drugo do jedan, dok Lithos znači kamen. Trenutno se ove IC najčešće koriste zbog nižih troškova kao i pouzdanosti. IC-i koji se komercijalno proizvode koriste se poput regulatora napona, pojačala, računalnih sklopova i AM prijemnika. Međutim, izolacija među monolitnim IC komponentama je loša, ali ima i manju snagu,

Dvostruki linijski paket (DIP) IC

DIP (dvostruki linijski paket) ili DIPP (dvostruki linijski pin paket) je paket elektroničkih komponenata u smislu mikroelektronike ili elektronike s pravokutnom pločom i dva paralelna reda s električnim spojnim iglama.

Hibridne ili višečipove IC

Kao što i samo ime govori, multi znači iznad jednog pojedinačnog čipa koji je međusobno povezan. Aktivne komponente poput dioda ili difuznih tranzistora uključuju ove IC-ove, dok su pasivne komponente difuzni kondenzatori ili otpornici na jednom čipu. Povezivanje ovih komponenata može se izvršiti putem metaliziranih prototipova. Integrirani krugovi s više čipova intenzivno se koriste za primjenu pojačala velike snage od 5W do 50W. U usporedbi s monolitnim integriranim krugovima, performanse hibridnih IC-a su superiorne.

Vrste IC paketa

IC paketi kategorizirani su u dvije vrste, poput pakiranja kroz pričvršćivanje kroz rupe i površinskog nosača.

Paketi za montažu kroz rupe

Njihovo projektiranje može se izvesti tamo gdje su olovni klinovi pričvršćeni kroz jednu ploču ploče i taljeni s druge strane. U usporedbi s drugim vrstama, veličina ovih paketa je veća. Oni se uglavnom koriste unutar elektroničkih uređaja za uravnoteženje prostora na ploči, kao i ograničenja troškova. Najbolji primjer paketa za montiranje kroz rupe su dvostruki inline paketi jer su oni najznačajnije korišteni. Ova su pakiranja dostupna u dvije vrste, poput keramike i plastike.

U ATmega328, 28-pinovi smješteni su paralelno jedan drugom šireći se okomito i položeni na crnu plastičnu ploču pravokutnog oblika. Prostor između zatiča održava se s 0,1 inča. Uz to, paket se mijenja u veličini zbog razlike unutar br. pribadača u različitim pakiranjima. Raspored ovih klinova može se izvršiti na takav način da se mogu regulirati na sredinu ploče kako ne bi došlo do kratkog spoja.

Različiti IC paketi za montiranje kroz rupe su PDIP, DIP, ZIP, PENTAWATT, T7-TO220, TO2205, TO220, TO99, TO92, TO18, TO03.

Pakiranje na površinski nosač

Ova vrsta pakiranja uglavnom slijedi tehnologiju montaže, inače smještajući komponente ravno na PCB. Iako će njegove metode izrade pomoći da se stvari rade brzo, to također poboljšava šanse za kvarove zbog sićušnih komponenata i one su raspoređene vrlo blizu jedna drugoj. Ova vrsta pakiranja koristi plastično ili keramičko oblikovanje. Različite vrste ambalaže za površinsko montiranje koje koriste plastične kalupe su paketi s malim olovom L i BGA (Ball Grid Array).

Različiti IC paketi za površinsko montiranje su SOT23, SOT223, TO252, TO263, DDPAK, SOP, TSOP, TQFP, QFN i BGA.

Prednosti

Prednosti vrsta integriranih krugova razmatrane su u nastavku.

Potrošnja energije je mala

Integrirani krugovi koriste manje energije za ispravan rad zbog manje veličine i konstrukcije.

“niskopropusni filtar pomoću op amp 741 ”

Veličina je kompaktna

Mali krug koji koristi IC može se dobiti za danu funkcionalnost u usporedbi s diskretnim krugom.

Manje troškova

U usporedbi s diskretnim krugovima, integrirani su krugovi dostupni po nižoj cijeni zbog svojih tehnologija izrade, kao i zbog upotrebe malo materijala.

Manja težina

Sklopovi koji koriste integrirane sklopove imaju manju težinu u usporedbi s diskretnim krugovima

Poboljšana je brzina rada

Integrirani krugovi rade na velikim brzinama zbog svojih brzina prebacivanja, kao i male potrošnje energije.

Visoka pouzdanost

Jednom kada sklop koristi slabe veze, tada će integrirani sklopovi pružiti visoku pouzdanost u usporedbi s digitalnim krugovima.

Veličina IC je mala, ali na ovom se čipu mogu proizvesti tisuće komponenata.
Korištenjem jednog čipa projektiraju se različiti složeni elektronički sklopovi
Zbog masovne proizvodnje dostupne su uz manje troškove
Brzina rada je velika zbog nedostatka efekta parazitske kapacitivnosti.
Iz matičnog kruga može se lako promijeniti

Mane

Mane različitih vrsta integriranih krugova uključuju sljedeće.

Toplina se ne može odvesti potrebnom brzinom zbog svoje male veličine, a prelijevanje struje može uzrokovati oštećenje IC
U integrirane krugove transformatori, kao i prigušnice, ne mogu se ugraditi
Rukuje ograničenim rasponom snage
Montaža visokokvalitetnog PNP-a nije ostvariva.
Ne može se postići koeficijent niske temperature
Raspon snage rasipanja je do 10 vata
Ne može se postići rad visokog napona i niske razine buke

Dakle, ovdje se radi o pregledu različitih vrsta integriranih sklopova. Konvencionalni integrirani sklopovi smanjuju se u praktičnoj upotrebi, jer se izum nano-elektronike i minijaturizacija IC nastavlja ovim Nano-elektronička tehnologija . Međutim, konvencionalne IC još nisu zamijenjene nanoelektronikom, ali se upotreba uobičajenih IC dijelom smanjuje. Da biste tehnički poboljšali ovaj članak, objavite svoje upite, ideje i prijedloge kao svoje komentare u odjeljku dolje.

Foto bodovi: