Hvert elektronisk apparat, vi bruger i vores daglige liv, såsom mobiltelefoner, bærbare computere, køleskabe, computere, fjernsyn og alle andre elektriske og elektroniske enheder er fremstillet med nogle enkle eller komplekse kredsløb. Elektroniske kredsløb realiseres ved hjælp af flere elektriske og elektroniske komponenter forbundet med hinanden ved at forbinde ledninger eller ledende ledninger til strømmen af elektrisk strøm gennem de flere komponenter i kredsløbet, såsom modstande , kondensatorer , induktorer, dioder, transistorer og så videre. Kredsløbene kan klassificeres i forskellige typer baseret på forskellige kriterier, såsom, baseret på forbindelser: seriekredsløb og parallelle kredsløb baseret på størrelsen og fremstillingsprocessen for kredsløbet: integrerede kredsløb og diskrete kredsløb og baseret på signal, der anvendes i kredsløbet : analoge kredsløb og digitale kredsløb. Denne artikel diskuterer en oversigt over forskellige typer integrerede kredsløb og deres applikationer.

Hvad er et integreret kredsløb?

Integreret kredsløb eller IC eller mikrochip eller chip er et mikroskopisk elektronisk kredsløb array dannet af fabrikation af forskellige elektriske og elektroniske komponenter (modstande, kondensatorer, transistorer osv.) på en halvledermateriale (silicium) wafer, som kan udføre operationer svarende til de store diskrete elektroniske kredsløb lavet af diskrete elektroniske komponenter.

Integrerede kredsløb

Da alle disse arrays af komponenter, mikroskopiske kredsløb og halvleder wafer materiale base er integreret sammen for at danne en enkelt chip, kaldes det derfor et integreret kredsløb eller integreret chip eller mikrochip.

Elektroniske kredsløb er udviklet ved hjælp af individuelle eller diskrete elektroniske komponenter med forskellige størrelser, således at omkostningerne og størrelsen af disse diskrete kredsløb stiger med antallet af komponenter, der bruges i kredsløbet. For at erobre dette negative aspekt blev den integrerede kredsløbsteknologi udviklet - Jack Kilby fra Texas Instruments udviklede det første IC eller integrerede kredsløb i 1950'erne, og derefter løste Robert Noyce fra Fairchild Semiconductor nogle praktiske problemer med dette integrerede kredsløb.

Historien om integrerede kredsløb

Historien om integrerede kredsløb blev startet med Solid State-enheder. Opfindelsen af det første vakuumrør blev udført af John Ambrose (J.A) Fleming i år 1897, kaldet en vakuumdiode. For motorer opfandt han venstrehåndsreglen. Derefter i år 1906 blev et nyt vakuum opfundet, nemlig triode, og det bruges til forstærkning.

Derefter blev transistoren opfundet på Bell Labs i år 1947 for at udskifte vakuumrørene delvis fordi transistorer er små komponenter, der bruger mindre strøm til at arbejde. Forskellige kredsløb blev designet ved hjælp af diskrete komponenter ved at adskille hinanden såvel som arrangeret på de trykte kredsløb ved at styre gennem hænder kendt som ikke-integrerede kredsløb. Disse IC'er bruger meget strøm og plads, og deres output er ikke så glat.

I 1959 blev Integrated Circuit udviklet, hvor flere elektroniske og elektriske komponenter blev fremstillet over en enkelt siliciumskive. Integrerede kredsløb bruger lav effekt til at fungere såvel som giver jævn output. Endvidere kan forbedringen af transistorer over et integreret kredsløb også øges.

Integreret kredsløbsudvikling fra forskellige teknologier

Klassificeringen af IC'er kan udføres på baggrund af størrelsen på chippen og integrationsskalaen. Her specificerer en integrationsskala antallet af elektroniske komponenter, der er placeret i et typisk integreret kredsløb.
Fra 1961 til 1965 blev små-integrationsteknologi (SSI) anvendt til at fremstille 10 til 100 transistorer på en enkelt chip til at lave flip-flops og logiske porte.

Fra 1966 til 1970 blev MSI-teknologi (medium-scale integration) anvendt til at fremstille 100 til 1000 transistorer på en enkelt chip til fremstilling af multiplexere, dekodere og tællere.

Fra 1971 til 1979 blev storskalaintegrationsteknologi (LSI) brugt til at fremstille 1000 til 20000 transistorer på en enkelt chip for at fremstille RAM, mikroprocessor, ROM

Fra 1980 til 1984 blev meget storskalig integrationsteknologi (VLSI) brugt til at fremstille 20000 til 50000 transistorer på en enkelt chip til fremstilling af RISC-mikroprocessorer, DSP'er og mi16-bit- og 32-bit-mikroprocessorer.

Fra 1985 til nu blev ULSI-teknologi (ultra large integration) anvendt til at fremstille 50000 til milliarder af transistorer på en enkelt chip til at fremstille 64-bit mikroprocessorer.

Begrænsninger af forskellige typer integrerede kredsløb

Begrænsningen af forskellige typer IC'er inkluderer følgende.

“hvilket af følgende er ikke et eksempel på en netværksknude? ”

Effektklassificering er begrænset
Det fungerer ved lav spænding
Det genererer støj under drift
En høj vurdering af PNP er ikke sandsynlig
Dets komponenter er spændingsafhængige som modstande og kondensatorer
Det er sart
Fabrikation af en IC gennem lav støj er vanskelig
Temperaturkoefficienten er vanskelig at opnå.
Samling af høj kvalitet PNP kan ikke opnås.
I IC er ethvert com
I en IC kan forskellige komponenter ikke udskiftes, fjernes, så hvis nogen komponent i en IC beskadiges, skal den komplette IC ændre sig med den nye.
Effektklassificering er begrænset, fordi det ikke er muligt at fremstille IC'er over 10 watt

Forskellige typer integrerede kredsløb

Der er forskellige typer IC'er klassificering af integrerede kredsløb sker på baggrund af forskellige kriterier. Et par typer IC'er i et system er vist i nedenstående figur med deres navne i et træformat.

Forskellige typer ICS

Baseret på den tilsigtede anvendelse klassificeres IC som analoge integrerede kredsløb, digitale integrerede kredsløb og blandede integrerede kredsløb.

Digitale integrerede kredsløb

De integrerede kredsløb, der kun fungerer på et par definerede niveauer i stedet for at betjene de samlede niveauer af signalamplitude kaldes Digital IC'er, og disse er designet ved at bruge flere antal digitale logiske porte , multiplexere, flip-flops og andre elektroniske komponenter i kredsløb. Disse logiske porte fungerer med binære inputdata eller digitale inputdata, såsom 0 (lav eller falsk eller logisk 0) og 1 (høj eller sand eller logisk 1).

Digitale integrerede kredsløb

Ovenstående figur viser trinnene involveret i design af typiske digitale integrerede kredsløb. Disse digitale IC'er bruges ofte i computere, mikroprocessorer , digitale signalprocessorer, computernetværk og frekvenstællere. Der er forskellige typer digitale IC'er eller typer af digitale integrerede kredsløb, såsom programmerbare IC'er, hukommelseschips, logiske IC'er, strømstyrings-IC'er og interface IC'er.

Analoge integrerede kredsløb

De integrerede kredsløb, der fungerer over et kontinuerligt signalområde, kaldes Analoge IC'er. Disse er opdelt i lineære integrerede kredsløb (Lineære IC'er) og Radiofrekvens Integrerede kredsløb (RF IC'er). Faktisk kan forholdet mellem spænding og strøm være ikke-lineært i nogle tilfælde over en lang række af det kontinuerlige analoge signal.

Analoge integrerede kredsløb

Den hyppigt anvendte analoge IC er en funktionsforstærker eller kaldes simpelthen en op-amp, der svarer til differentialforstærkeren, men har en meget høj spændingsforstærkning. Den består af et meget mindre antal transistorer sammenlignet med de digitale IC'er, og til udvikling af analoge applikationsspecifikke integrerede kredsløb (analoge ASIC'er) anvendes edb-simuleringsværktøjer.

Lineære integrerede kredsløb

I et analogt integreret kredsløb, hvis der findes et lineært forhold mellem dets spænding såvel som strøm, er det kendt som lineær IC. Det bedste eksempel på denne lineære IC er.741 IC, er en 8-polet DIP (Dual In-line Package) op-amp,

Radiofrekvensintegrerede kredsløb

I analog IC, hvis der findes et ikke-lineært forhold mellem dets spænding og strøm, kaldes det radiofrekvens IC'er. Denne form for IC kaldes også et radiofrekvensintegreret kredsløb.

Blandede integrerede kredsløb

De integrerede kredsløb, der opnås ved kombinationen af analoge og digitale IC'er på en enkelt chip kaldes Mixed ICs. Disse IC'er fungerer som digitale til analoge konvertere, Analog til digitale konvertere (D / A- og A / D-omformere) og IC'er til ur / timing. Kredsløbet, der er afbildet i ovenstående figur, er et eksempel på det blandede integrerede kredsløb, som er et fotografi af 8 til 18 GHz selvhelbredende radarmodtager.

Blandede integrerede kredsløb

Dette System-on-a-chip med blandet signal er et resultat af fremskridt inden for integrationsteknologien, som muliggjorde integration af digitale, flere analoger og RF-funktioner på en enkelt chip.

Generelle typer integrerede kredsløb (IC'er) inkluderer følgende:

Logiske kredsløb

Disse IC'er er designet ved hjælp af logiske porte - der fungerer med binær input og output (0 eller 1). Disse bruges mest som beslutningstagere. Baseret på logik- eller sandhedstabellen for de logiske porte, giver alle de logiske porte, der er tilsluttet i IC'et, et output baseret på det kredsløb, der er tilsluttet inde i IC'et, således at dette output bruges til at udføre en bestemt bestemt opgave. Et par logiske IC'er vises nedenfor.

Logiske kredsløb

Komparatorer

Komparator IC'erne bruges som komparatorer til at sammenligne input og derefter til at producere en output baseret på IC's sammenligning.

Komparatorer

Skifte IC'er

Switches eller Switching IC'er er designet ved hjælp af transistorer og bruges til at udføre skifteoperationer . Ovenstående figur er et eksempel på en SPDT IC-switch.

Skifte IC'er

Audioforstærkere

Lyden forstærkere er en af de mange typer IC'er, der bruges til forstærkning af lyden. Disse bruges generelt i lydhøjttalere, tv-kredsløb osv. Ovenstående kredsløb viser lydspændingsforstærker IC med lav spænding.

Audioforstærkere

CMOS integreret kredsløb

CMOS-integrerede kredsløb bruges ekstremt i forskellige applikationer sammenlignet med FET'er på grund af deres muligheder som lavere tærskelspænding, lavt strømforbrug. En CMOS IC inkluderer P-MOS & N-MOS-enheder, der er fremstillet sammen på en lignende chip. Strukturen på denne IC er en Polysilicon-port, der hjælper med at reducere enhedens tærskelspænding, hvilket muliggør proces ved lavspændingsniveauer.

Spændingsregulator IC'er

Denne form for integreret kredsløb giver en stabil DC-output på trods af ændringer inden for DC-input. De almindeligt anvendte type regulatorer er LM309, uA723, LM105 og 78XX IC'er.

Operationsforstærkere

Det operationelle forstærkere bruges ofte IC'er, svarende til lydforstærkere, der bruges til lydforstærkning. Disse op-forstærkere bruges til forstærkning, og disse IC'er fungerer på samme måde som transistor forstærker kredsløb. Stiftekonfigurationen af 741 op-amp IC er vist i ovenstående figur.

Operationsforstærkere

Timer-IC'er

Timere er integrerede kredsløb til specielle formål, der bruges til at tælle og holde styr på tid i tilsigtede applikationer. Blokdiagrammet over det interne kredsløb LM555 timer IC er vist i ovenstående kredsløb. Baseret på antallet af anvendte komponenter (typisk baseret på antallet af anvendte transistorer) er de som følger

Timer-IC'er

“hvordan man laver et hjemmelavet elektrisk hegn ”

Integration i mindre skala består af kun få transistorer (snesevis af transistorer på en chip), disse IC'er spillede en kritisk rolle i tidlige luftfartsprojekter.

Medium-skala integration består af nogle hundreder af transistorer på IC-chip udviklet i 1960'erne og opnået bedre økonomi og fordele i forhold til SSI IC'erne.

Integration i stor skala består af tusinder af transistorer på chippen med næsten samme økonomi som mellemstore integrations-IC'er. Den første mikroprocessor, lommeregnere og RAM'er på 1Kbit udviklet i 1970'erne havde under fire tusind transistorer.

Meget storstilet integration består af transistorer fra hundreder til flere milliarder i antal (udviklingsperiode: fra 1980'erne til 2009)

Ultra storstilet integration består af transistorer på over mere end en million, og senere blev wafer-integration (WSI), system på en chip (SoC) og tredimensionelt integreret kredsløb (3D-IC) udviklet.

Alle disse kan behandles som generationer af integreret teknologi. IC'er klassificeres også baseret på fabrikationsprocessen og pakningsteknologien. Der er adskillige typer IC'er, blandt hvilke en IC vil fungere som en timer, tæller, Tilmeld , forstærker, oscillator, logisk gate, adder, mikroprocessor og så videre.

Typer af integrerede kredsløb baseret på klasser

Integrerede kredsløb er tilgængelige i tre klasser baseret på de teknikker, der anvendes under fremstillingen af dem.

Tynde og tykke film-IC'er
Monolitiske IC'er
Hybrid eller multichip IC'er

Tynde og tykke IC'er

I disse typer integrerede kredsløb anvendes passive komponenter som kondensatorer og modstande, men transistorer og dioder er forbundet som separate komponenter til at designe et kredsløb. Disse IC'er er simpelthen kombinationen af såvel integrerede som separate komponenter, og disse IC'er har relaterede karakteristika og udseende bortset fra vejen for filmaflejring. Fra ICS kan den tynde ICs-filmaflejring afgøres.

Disse IC'er er designet gennem ledende materiales aflejringsfilm på overfladen af glas, ellers på et keramisk stativ. Ved at ændre tykkelsen af film på materialerne vil de have forskellig resistivitet, og der kan fremstilles passive elektroniske komponenter.

I denne type integreret kredsløb anvendes silketrykmetoden til at fremstille den krævede model af kredsløbet på et keramisk substrat. Nogle gange kaldes denne type IC'er trykte tyndfilm-IC'er.

Monolitiske IC'er

I denne form for integrerede kredsløb kan forbindelserne mellem de aktive, de passive og diskrete komponenter på en siliciumchip dannes. Som navnet antyder, stammer det fra det græske ord, som om mono ikke er andet end enkelt, mens Lithos betyder sten. På nuværende tidspunkt bruges disse IC mest almindeligt på grund af lavere omkostninger såvel som pålidelighed. IC'erne, der er fremstillet kommercielt, bruges som spændingsregulatorer, forstærkere, computerkredsløb og AM-modtagere. Imidlertid er isoleringen blandt de monolitiske IC-komponenter dårlig, men har også mindre effekt,

Dual-in-line package (DIP) IC

En DIP (en dobbelt in-line pakke) eller DIPP (dobbelt in-line pin pakke) er en elektronisk komponentpakke med hensyn til mikroelektronik eller elektronik med et rektangulært kort og to parallelle rækker med elektriske forbindelsesstifter.

Hybride eller multi-chip IC'er

Som navnet antyder, betyder multi over en enkelt chip, som er sammenkoblet. De aktive komponenter som dioder eller diffuse transistorer inkluderer disse IC'er, mens de passive komponenter er de diffuse kondensatorer eller modstande på en enkelt chip. Forbindelsen af disse komponenter kan ske gennem metaliserede prototyper. Multi-chip integrerede kredsløb anvendes i vid udstrækning til anvendelser af højeffektforstærker fra 5W til 50W. Sammenlignet med monolitiske integrerede kredsløb er hybrid IC'ers ydeevne overlegen.

Typer af IC-pakker

IC-pakkerne er kategoriseret i to typer som gennemgående hulmontering og overflademontering.

Gennemgående hulpakker

Designet af disse kan udføres, hvor ledningspindene er fastgjort gennem den ene side af brættet og ulmet på den anden side. Sammenlignet med andre typer er størrelsen på disse pakker større. Disse bruges hovedsageligt inden for elektroniske enheder til at afbalancere kortpladsen samt omkostningsgrænser. Det bedste eksempel på monteringspakker med gennemgående hul er Dual inline-pakker, fordi disse er de mest anvendte. Disse pakker fås i to typer som keramik og plast.

I ATmega328 er 28-benene placeret parallelt med hinanden ved at udvide lodret og lagt ud på et sort plastik rektangulært formbræt. Mellemrummet mellem benene opretholdes med 0,1 tommer. Derudover ændres pakken i størrelse på grund af forskellen inden for nr. stifter i forskellige pakker. Arrangementet af disse stifter kan udføres på en sådan måde, at de kan reguleres på midten af et brødbræt, så kortslutning ikke kan forekomme.

“hvordan man vælger en kondensator ”

De forskellige IC-pakker med gennemgående hul er PDIP, DIP, ZIP, PENTAWATT, T7-TO220, TO2205, TO220, TO99, TO92, TO18, TO03.

Overflademonteret emballage

Denne type emballage følger hovedsageligt monteringsteknologien, ellers placeres komponenterne lige på printkortet. Selvom hans fabrikationsmetoder hjælper med at gøre tingene hurtigt, forbedrer det også chancerne for fejl på grund af de små komponenter, og de er arrangeret meget tæt på hinanden. Denne form for emballage bruger plast- eller keramikstøbning. De forskellige former for overflademonteret emballage, der anvender plastforme, er lille omridset L-blypakke og BGA (Ball Grid Array).

De forskellige overflademonterede IC-pakker er SOT23, SOT223, TO252, TO263, DDPAK, SOP, TSOP, TQFP, QFN og BGA.

Fordele

Fordelene ved typer af integrerede kredsløb diskuteres nedenfor.

Strømforbruget er lavt

Integrerede kredsløb bruger mindre strøm til at fungere korrekt på grund af deres mindre størrelse og konstruktion.

Størrelsen er kompakt

Et lille kredsløb ved hjælp af IC'er kan opnås for en given funktionalitet sammenlignet med det diskrete kredsløb.

Mindre omkostninger

Sammenlignet med diskrete kredsløb er integrerede kredsløb tilgængelige til mindre omkostninger på grund af deres fabrikationsteknologier samt brug af lavt materiale.

Mindre vægt

De kredsløb, der bruger integrerede kredsløb, har mindre vægt sammenlignet med diskrete kredsløb

Driftshastigheden forbedres

Integrerede kredsløb fungerer ved høje hastigheder på grund af deres skiftehastigheder samt lavt strømforbrug.

Høj pålidelighed

Når kredsløbet bruger lave forbindelser, vil integrerede kredsløb give høj pålidelighed sammenlignet med digitale kredsløb.

IC'ens størrelse er lille, men tusindvis af komponenter kan fremstilles på denne chip.
Ved at bruge en enkelt chip er forskellige komplekse elektroniske kredsløb designet
På grund af bulkproduktionen er disse tilgængelige med lavere omkostninger
Driftshastigheden er høj på grund af den manglende parasitære kapacitanseffekt.
Fra moderkredsen kan den let ændres

Ulemper

Ulemperne ved forskellige typer integrerede kredsløb inkluderer følgende.

Varmen kan ikke spredes med den nødvendige hastighed på grund af dens lille størrelse, og strøm af strøm kan forårsage IC-skade
I integrerede kredsløb kan transformatorerne såvel som induktorer ikke inkorporeres
Det håndterer et begrænset udvalg af strøm
Samling af høj kvalitet PNP kan ikke opnås.
En lav temperaturkoefficient kan ikke opnås
Strømforsyningsområdet er op til 10 watt
Højspændings- og støjsvag drift kan ikke opnås

Dette handler altså om en oversigt over forskellige typer integrerede kredsløb. De konventionelle integrerede kredsløb er reduceret i praktisk anvendelse på grund af opfindelsen af nano-elektronik og miniaturisering af IC'er fortsættes af dette Nano-elektronik teknologi . Imidlertid er de konventionelle IC'er endnu ikke erstattet af nano-elektronik, men brugen af de konventionelle IC'er bliver delvis mindre. For at forbedre denne artikel teknisk, bedes du sende dine forespørgsler, ideer og forslag som dine kommentarer i nedenstående afsnit.

Fotokreditter: