Hvert elektronisk apparat vi bruker i vårt daglige liv, for eksempel mobiltelefoner, bærbare datamaskiner, kjøleskap, datamaskiner, TV-apparater og alle andre elektriske og elektroniske enheter er produsert med noen enkle eller komplekse kretser. Elektroniske kretser realiseres ved hjelp av flere elektriske og elektroniske komponenter forbundet med hverandre ved å koble ledninger eller ledende ledninger for strømmen av elektrisk strøm gjennom flere komponenter i kretsen, for eksempel motstander , kondensatorer , induktorer, dioder, transistorer og så videre. Kretsene kan klassifiseres i forskjellige typer basert på forskjellige kriterier, for eksempel basert på tilkoblinger: seriekretser og parallelle kretser basert på kretsens størrelse og produksjonsprosess: integrerte kretser og diskrete kretser, og basert på signalet som brukes i kretsen : analoge kretser og digitale kretser. Denne artikkelen diskuterer en oversikt over forskjellige typer integrerte kretser og deres applikasjoner.

Hva er en integrert krets?

Integrert krets eller IC eller mikrochip eller chip er en mikroskopisk elektronisk krets array dannet av fabrikasjon av forskjellige elektriske og elektroniske komponenter (motstander, kondensatorer, transistorer og så videre) på en halvledermateriale (silisium) wafer, som kan utføre operasjoner som ligner på de store diskrete elektroniske kretsene laget av diskrete elektroniske komponenter.

Integrerte kretser

Ettersom alle disse gruppene av komponenter, mikroskopiske kretser og halvledermateriellbase er integrert sammen for å danne en enkelt chip, kalles den derfor en integrert krets eller integrert chip eller mikrochip.

Elektroniske kretser er utviklet ved bruk av individuelle eller diskrete elektroniske komponenter med forskjellige størrelser, slik at kostnaden og størrelsen på disse diskrete kretsene øker med antall komponenter som brukes i kretsen. For å erobre dette negative aspektet ble den integrerte kretsteknologien utviklet - Jack Kilby fra Texas Instruments utviklet den første IC- eller integrerte kretsen på 1950-tallet, og deretter løste Robert Noyce fra Fairchild Semiconductor noen praktiske problemer med denne integrerte kretsen.

Historien om integrerte kretser

Historien om integrerte kretser ble startet med Solid State-enheter. Oppfinnelsen av det første vakuumrøret ble gjort av John Ambrose (J.A) Fleming i år 1897, kalt vakuumdiode. For motorer oppfant han venstrehåndsregelen. Etter det i år 1906 ble et nytt vakuum oppfunnet, nemlig Triode, og det brukes til forsterkning.

Etter det ble transistoren oppfunnet på Bell Labs i 1947 for å erstatte vakuumrørene delvis fordi transistorer er små komponenter som bruker mindre strøm til å fungere. Forskjellige kretser ble designet ved bruk av diskrete komponenter ved å skille seg fra hverandre, så vel som arrangert på kretskortene ved å kontrollere dem gjennom hendene kjent som ikke-integrerte kretser. Disse IC-ene bruker mye strøm og plass, og produksjonen er ikke så jevn.

I 1959 ble Integrated Circuit utviklet, hvor flere elektroniske og elektriske komponenter ble produsert over en enkelt silisiumplate. Integrerte kretser bruker lav effekt for å fungere, samt gir jevn effekt. Videre kan forbedringen av transistorer over en integrert krets også økes.

Integrert kretsutvikling fra forskjellige teknologier

Klassifiseringen av IC-er kan gjøres basert på størrelsen på brikken og integrasjonsskalaen. Her spesifiserer en integrasjonsskala antall elektroniske komponenter plassert i en typisk integrert krets.
Fra 1961 til 1965 ble SSI-teknologi (small-scale integration) brukt til å produsere 10 til 100 transistorer på en enkelt brikke for å lage flip-flops og logiske porter.

Fra 1966 til 1970 ble mellomstor integrasjonsteknologi (MSI) brukt til å produsere 100 til 1000 transistorer på en enkelt brikke for å lage multipleksere, dekodere og tellere.

Fra 1971 til 1979 ble storskala integrasjonsteknologi (LSI) brukt til å produsere 1000 til 20000 transistorer på en enkelt brikke for å lage RAM, mikroprosessor, ROM

Fra 1980 til 1984 ble veldig storskala integrasjonsteknologi (VLSI) brukt til å produsere 20000 til 50000 transistorer på en enkelt brikke for å lage RISC-mikroprosessorer, DSP-er og mi16-biters og 32-biters mikroprosessorer.

Fra 1985 til nå ble ultra large scale integration (ULSI) teknologi brukt til å produsere 50000 til milliarder transistorer på en enkelt brikke for å lage 64-bit mikroprosessorer.

Begrensninger for forskjellige typer integrerte kretser

Begrensningen av forskjellige typer IC inkluderer følgende.

“hva er en biometrisk enhet, og hvordan brukes den? ”

Effektvurdering er begrenset
Den fungerer ved lav spenning
Det genererer støy under drift
En høy vurdering av PNP er ikke sannsynlig
Komponentene er spenningsavhengige som motstander og kondensatorer
Det er delikat
Fabrikasjon av en IC gjennom lav støy er vanskelig
Temperaturkoeffisienten er vanskelig å oppnå.
Montering av høykvalitets PNP er ikke oppnåelig.
I IC, ethvert com
I en IC kan forskjellige komponenter ikke erstattes, fjernes, og hvis noen komponent i en IC skader, må den komplette IC endres med den nye.
Effektklassifisering er begrenset fordi produksjon av IC-er over 10 Watt ikke er mulig

Ulike typer integrerte kretser

Det er forskjellige typer IC-klassifisering av integrerte kretser, basert på ulike kriterier. Noen få typer IC-er i et system er vist i figuren nedenfor med navnene i treformat.

Ulike typer ICS

Basert på den tiltenkte applikasjonen, klassifiseres IC som analoge integrerte kretser, digitale integrerte kretser og blandede integrerte kretser.

Digitale integrerte kretser

De integrerte kretsene som bare fungerer på noen få definerte nivåer i stedet for å operere totale nivåer av signalamplitude kalles Digital IC-er, og disse er designet ved å bruke flere antall digitale logiske porter , multipleksere, flip-flops og andre elektroniske komponenter i kretser. Disse logiske portene fungerer med binære inngangsdata eller digitale inngangsdata, for eksempel 0 (lav eller usann eller logisk 0) og 1 (høy eller sann eller logisk 1).

Digitale integrerte kretser

Ovenstående figur viser trinnene som er involvert i utformingen av typiske digitale integrerte kretser. Disse digitale IC-ene brukes ofte i datamaskiner, mikroprosessorer , digitale signalprosessorer, datanettverk og frekvensmålere. Det finnes forskjellige typer digitale IC-er eller typer digitale integrerte kretser, for eksempel programmerbare IC-er, minnebrikker, logiske IC-er, strømstyrings-IC-er og grensesnitt-ICer.

Analoge integrerte kretser

De integrerte kretsene som opererer over et kontinuerlig utvalg av signaler kalles Analog ICs. Disse er delt inn i lineære integrerte kretser (Linear ICs) og Radiofrekvens Integrerte kretser (RF ICs). Faktisk kan forholdet mellom spenning og strøm være ikke-lineært i noen tilfeller over et langt område av det kontinuerlige analoge signalet.

Analoge integrerte kretser

Den ofte brukte analoge IC er en operasjonsforsterker eller bare kalt en op-amp, som ligner på differensialforsterkeren, men har en veldig høy spenningsforsterkning. Den består av et veldig færre antall transistorer sammenlignet med digitale IC-er, og for å utvikle analoge applikasjonsspesifikke integrerte kretser (analoge ASIC-er) brukes datastyrte simuleringsverktøy.

Lineære integrerte kretser

I en analog integrert krets, hvis det eksisterer en lineær relasjon mellom dens spenning og strøm, er den kjent som lineær IC. Det beste eksemplet på denne lineære IC er.741 IC, er en 8-pin DIP (Dual In-line Package) op-amp,

Radiofrekvensintegrerte kretser

I analog IC, hvis det eksisterer et ikke-lineært forhold mellom spenning og strøm, kalles det radiofrekvens-ICer. Denne typen IC er også kjent som en radiofrekvensintegrert krets.

Blandede integrerte kretser

De integrerte kretsene som oppnås ved kombinasjonen av analoge og digitale IC-er på en enkelt brikke kalles Mixed ICs. Disse IC-ene fungerer som digitale til analoge omformere, Analoge til digitale omformere (D / A- og A / D-omformere) og klokke / timing IC-er. Kretsen avbildet i figuren ovenfor er et eksempel på den blandede integrerte kretsen, som er et fotografi av 8 til 18 GHz selvhelbredende radarmottaker.

Blandede integrerte kretser

Dette blandede signalet System-on-a-chip er et resultat av fremskritt innen integrasjonsteknologien, som muliggjorde integrering av digitale, flere analoger og RF-funksjoner på en enkelt chip.

Generelle typer integrerte kretser (ICs) inkluderer følgende:

Logiske kretser

Disse IC-ene er designet ved hjelp av logiske porter - som fungerer med binær inngang og utgang (0 eller 1). Disse brukes mest som beslutningstakere. Basert på logikk- eller sannhetstabellen til logikkportene, gir alle logikkportene som er koblet i IC-en en utgang basert på kretsen som er koblet inne i IC-en, slik at denne utgangen brukes til å utføre en bestemt tiltenkt oppgave. Noen få logiske IC-er vises nedenfor.

Logiske kretser

Sammenligning

Komparator-IC-ene brukes som komparatorer for å sammenligne inngangene og deretter produsere en produksjon basert på IC-enes sammenligning.

Sammenligning

Bytte IC

Brytere eller bryter-ICer er designet ved hjelp av transistorer og brukes til å utføre bytteoperasjoner . Ovenstående figur er et eksempel som viser en SPDT IC-bryter.

Bytte IC

Lydforsterkere

Lyden forsterkere er en av de mange typer IC-er, som brukes til å forsterke lyden. Disse brukes vanligvis i lydhøyttalere, TV-kretser og så videre. Ovenstående krets viser lavspent lydforsterker IC.

Lydforsterkere

CMOS integrert krets

CMOS-integrerte kretser brukes ekstremt i forskjellige applikasjoner sammenlignet med FET-er på grunn av deres evner som lavere terskelspenning, lavt strømforbruk. En CMOS IC inkluderer P-MOS og N-MOS-enheter som er produsert sammen på en lignende brikke. Strukturen til denne IC er en Polysilicon gate som hjelper til å redusere enhetens terskelspenning, og tillater derfor prosess ved lavspenningsnivåer.

Spenningsregulator IC

Denne typen integrerte krets gir stabil DC-utgang til tross for endringene i DC-inngangen. De vanligste regulatorene er LM309, uA723, LM105 og 78XX IC-er.

Operasjonsforsterkere

De operasjonelle forsterkere er ofte brukte IC-er, i likhet med lydforsterkerne som brukes til lydforsterkningen. Disse op-forsterkerne brukes til forsterkningsformål, og disse IC-ene fungerer på samme måte som transistor forsterkerkretser. Pin-konfigurasjonen til 741 op-amp IC er vist i figuren ovenfor.

“1,5 volt strømforsyningskrets ”

Operasjonsforsterkere

Timer-IC-er

Tidtakere er integrerte kretser for spesielle formål som brukes til å telle og for å holde oversikt over tid i tiltenkte applikasjoner. Blokkdiagrammet til den interne kretsen til LM555 timer IC er vist i kretsen ovenfor. Basert på antall komponenter som brukes (vanligvis basert på antall transistorer som brukes), er de som følger

Timer-IC-er

Småskala Integrasjon består av bare noen få transistorer (titalls transistorer på en chip), disse IC-ene spilte en kritisk rolle i tidlige luftfartsprosjekter.

Medium-skala Integrasjon består av noen hundre transistorer på IC-brikken som ble utviklet på 1960-tallet og oppnådde bedre økonomi og fordeler sammenlignet med SSI IC.

Storskala Integrasjon består av tusenvis av transistorer på brikken med nesten samme økonomi som mellomstore integrasjons-IC-er. Den første mikroprosessoren, kalkulatorbrikkene og RAM-ene på 1Kbit utviklet på 1970-tallet hadde under fire tusen transistorer.

Veldig storskala integrasjon består av transistorer fra hundrevis til flere milliarder i antall. (Utviklingsperiode: fra 1980-tallet til 2009)

Ultra storstilt integrasjon består av transistorer som overstiger mer enn en million, og senere ble wafer-scale integration (WSI), system on a chip (SoC) og tredimensjonal integrert krets (3D-IC) utviklet.

Alle disse kan behandles som generasjoner av integrert teknologi. IC-er klassifiseres også basert på fabrikasjonsprosessen og pakketeknologien. Det er mange typer IC-er, blant annet vil en IC fungere som en tidtaker, teller, registrere , forsterker, oscillator, logisk gate, adder, mikroprosessor, og så videre.

Typer integrerte kretser basert på klasser

Integrerte kretser er tilgjengelige i tre klasser basert på teknikkene som ble brukt mens de ble produsert.

Tynne og tykke film-ICer
Monolitiske IC-er
Hybrid eller multichip IC

Tynne og tykke IC-er

I disse typer integrerte kretser brukes passive komponenter som kondensatorer og motstander, men transistorer og dioder er koblet sammen som separate komponenter for å designe en krets. Disse IC-ene er ganske enkelt en kombinasjon av integrerte så vel som separate komponenter, og disse IC-ene har beslektede egenskaper og utseende bortsett fra måten for filmavsetning. Fra ICS kan den tynne ICs-filmavsetningen avgjøres.

Disse IC-ene er designet gjennom å lede materialets avsetningsfilmer på overflaten av glass ellers på et keramisk stativ. Ved å endre tykkelsen på filmene på materialene vil de ha forskjellig motstand og produksjon av passive elektroniske komponenter kan gjøres.

I denne typen integrert krets blir silketrykkmetoden brukt til å lage den nødvendige modellen av kretsen på et keramisk underlag. Noen ganger kalles denne typen ICs trykte tynnfilm ICs.

Monolitiske IC-er

I denne typen integrerte kretser kan sammenkoblingene til de aktive, de passive og diskrete komponentene på en silisiumbrikke dannes. Som navnet antyder, er det avledet fra det greske ordet som mono ikke er annet enn enkelt, mens Lithos betyr stein. For tiden er disse IC-ene oftest brukt på grunn av lavere kostnader samt pålitelighet. IC-ene som produseres kommersielt, brukes som spenningsregulatorer, forsterkere, datakretser og AM-mottakere. Imidlertid er isolasjonen blant de monolitiske IC-komponentene dårlig, men har også mindre effekt,

Dual-in-line package (DIP) IC

En DIP (en dual in-line pakke) eller DIPP (dual in-line pin pakke) er en elektronisk komponentpakke når det gjelder mikroelektronikk eller elektronikk med et rektangulært kort og to parallelle rader med elektriske tilkoblingspinner.

Hybrid- eller flersjikt-IC-er

Som navnet antyder, betyr multi over en enkelt chip som er sammenkoblet. De aktive komponentene som dioder eller diffuse transistorer inkluderer disse IC-ene, mens de passive komponentene er de diffuse kondensatorene eller motstandene på en enkelt brikke. Tilkoblingen av disse komponentene kan gjøres gjennom metalliserte prototyper. Multi-chip integrerte kretser brukes mye for applikasjoner med høy effektforsterker fra 5W til 50W. Sammenlignet med monolitiske integrerte kretser er hybrid IC-ytelse overlegen.

“forskjellen mellom n type og p type ”

Typer IC-pakker

IC-pakkene er kategorisert i to typer som gjennomgående hullmontering og overflatemontert emballasje.

Gjennomgående hullpakker

Utformingen av disse kan gjøres der ledningspinnene er festet gjennom den ene siden av brettet og ulmet på den andre siden. Sammenlignet med andre typer er størrelsen på disse pakkene større. Disse brukes hovedsakelig innen elektroniske enheter for å balansere bordplassen samt kostnadsgrenser. Det beste eksemplet på monteringspakker med hull er Dual inline-pakker fordi disse er de mest brukte. Disse pakkene er tilgjengelige i to typer som keramikk og plast.

I ATmega328 er 28-pinnene plassert parallelt med hverandre ved å ekspandere vertikalt og lagt ut på et svart rektangulært plastbrett. Avstanden mellom pinnene opprettholdes med 0,1 tommer. I tillegg endres pakken i størrelse på grunn av forskjellen i nr. av pins i forskjellige pakker. Arrangementet av disse pinnene kan gjøres på en slik måte at de kan reguleres på midten av et brødbrett slik at kortslutning ikke kan oppstå.

De forskjellige IC-pakkene med gjennomgående hull er PDIP, DIP, ZIP, PENTAWATT, T7-TO220, TO2205, TO220, TO99, TO92, TO18, TO03.

Overflatemontert emballasje

Denne typen emballasje følger hovedsakelig monteringsteknologien, ellers finner du komponentene rett på PCB. Selv om hans fabrikasjonsmetoder hjelper til med å gjøre ting raskt, forbedrer det også sjansene for feil på grunn av de små komponentene, og de er ordnet veldig nær hverandre. Denne typen emballasje bruker plast eller keramisk støping. De forskjellige typene overflatemontert emballasje som bruker plastformer, er liten omrisset L-blypakke og BGA (Ball Grid Array).

De forskjellige overflatemonterte IC-pakkene er SOT23, SOT223, TO252, TO263, DDPAK, SOP, TSOP, TQFP, QFN og BGA.

Fordeler

Fordelene med typer integrerte kretser er diskutert nedenfor.

Strømforbruket er lavt

Integrerte kretser bruker mindre strøm til å fungere skikkelig på grunn av mindre størrelse og konstruksjon.

Størrelsen er kompakt

En liten krets ved bruk av IC kan fås for en gitt funksjonalitet sammenlignet med den diskrete kretsen.

Mindre kostnad

Sammenlignet med diskrete kretser, er integrerte kretser tilgjengelig med mindre kostnad på grunn av deres fabrikasjonsteknologi samt bruk av lite materiale.

Mindre vekt

Kretsene som bruker integrerte kretser har mindre vekt sammenlignet med diskrete kretser

Driftshastigheten forbedres

Integrerte kretser fungerer ved høye hastigheter på grunn av byttehastigheter, samt lavt strømforbruk.

Høy pålitelighet

Når kretsen bruker lave tilkoblinger, vil integrerte kretser gi høy pålitelighet sammenlignet med digitale kretser.

IC-størrelsen er liten, men tusenvis av komponenter kan produseres på denne brikken.
Ved å bruke en enkelt brikke utformes forskjellige komplekse elektroniske kretser
På grunn av bulkproduksjonen er disse tilgjengelige med lavere kostnad
Driftshastigheten er høy på grunn av mangel på parasitisk kapasitanseffekt.
Fra moderkretsen kan den enkelt endres

Ulemper

Ulempene med forskjellige typer integrerte kretser inkluderer følgende.

Varmen kan ikke spres med en nødvendig hastighet på grunn av dens lille størrelse og strøm av strøm kan forårsake IC-skade
I integrerte kretser kan ikke transformatorene, så vel som induktorer, inkorporeres
Den håndterer et begrenset utvalg av kraft
Montering av høykvalitets PNP er ikke oppnåelig.
En lav temperaturkoeffisient kan ikke oppnås
Effektavledningsområdet er opptil 10 watt
Drift med høy spenning og lite støy kan ikke oppnås

Dermed handler alt om en oversikt over forskjellige typer integrerte kretser. De konvensjonelle integrerte kretsene er redusert i praktisk bruk på grunn av oppfinnelsen av nanoelektronikken og miniatyriseringen av IC-er som fortsetter av dette Nano-elektronikk teknologi . Imidlertid er de konvensjonelle IC-ene ennå ikke erstattet av nano-elektronikk, men bruken av de konvensjonelle IC-ene blir delvis redusert. For å forbedre denne artikkelen teknisk, vennligst legg inn spørsmål, ideer og forslag som kommentarer i delen nedenfor.

Fotokreditter: