Alla elektroniska apparater som vi använder i vårt dagliga liv, såsom mobiltelefoner, bärbara datorer, kylskåp, datorer, tv-apparater och alla andra elektriska och elektroniska enheter tillverkas med några enkla eller komplexa kretsar. Elektroniska kretsar realiseras med flera elektriska och elektroniska komponenter förbundna med varandra genom att ansluta ledningar eller ledande ledningar för strömmen av elektrisk ström genom kretsens flera komponenter, såsom motstånd , kondensatorer , induktorer, dioder, transistorer och så vidare. Kretsarna kan klassificeras i olika typer baserat på olika kriterier, till exempel baserat på anslutningar: seriekretsar och parallella kretsar baserat på kretsens storlek och tillverkningsprocess: integrerade kretsar och diskreta kretsar och baserat på signalen som används i kretsen : analoga kretsar och digitala kretsar. Den här artikeln diskuterar en översikt över olika typer av integrerade kretsar och deras tillämpningar.

Vad är en integrerad krets?

Integrerad krets eller IC eller mikrochip eller chip är ett mikroskopiskt elektrisk krets grupp bildad av tillverkning av olika elektriska och elektroniska komponenter (motstånd, kondensatorer, transistorer och så vidare) på en halvledarmaterial (kisel) skiva, som kan utföra operationer som liknar de stora diskreta elektroniska kretsarna gjorda av diskreta elektroniska komponenter.

Integrerade kretsar

Eftersom alla dessa grupper av komponenter, mikroskopiska kretsar och halvledarmaterialsbasmaterial är integrerade tillsammans för att bilda ett enda chip, så kallas det en integrerad krets eller integrerat chip eller mikrochip.

Elektroniska kretsar utvecklas med hjälp av enskilda eller diskreta elektroniska komponenter med olika storlekar, så att kostnaden och storleken för dessa diskreta kretsar ökar med antalet komponenter som används i kretsen. För att erövra denna negativa aspekt utvecklades den integrerade kretstekniken - Jack Kilby från Texas Instruments utvecklade den första IC eller integrerade kretsen på 1950-talet, och därefter löste Robert Noyce från Fairchild Semiconductor några praktiska problem med denna integrerade krets.

Integrerade kretsars historia

Historien om integrerade kretsar startades med Solid State-enheter. Uppfinningen av det första vakuumröret gjordes av John Ambrose (J.A) Fleming år 1897, kallad vakuumdiod. För motorer uppfann han vänsterregeln. Efter det år 1906 uppfanns ett nytt vakuum nämligen Triode och det används för förstärkning.

Därefter uppfanns transistorn på Bell Labs år 1947 för att ersätta vakuumrören delvis eftersom transistorer är små komponenter som använder mindre kraft för att arbeta. Olika kretsar designades med hjälp av diskreta komponenter genom att separera varandra såväl som anordnade på de tryckta kretskorten genom att styra genom händer som kallas icke-integrerade kretsar. Dessa IC: er förbrukar mycket kraft och utrymme och deras produktion är inte så smidig.

1959 utvecklades Integrated Circuit, där flera elektroniska och elektriska komponenter tillverkades över en enda kiselskiva. Integrerade kretsar använder låg effekt för att fungera och ger jämn effekt. Vidare kan förbättringen av transistorer över en integrerad krets också ökas.

Integrerad kretsutveckling från olika tekniker

Klassificeringen av IC kan göras baserat på storleken på chipet och integrationsskalan. Här anger en integrationsskala antalet elektroniska komponenter som placeras i en typisk integrerad krets.
Från 1961 till 1965 användes småskalig integrationsteknik (SSI) för att tillverka 10 till 100 transistorer på ett enda chip för att göra flip-flops och logiska grindar.

Från 1966 till 1970 användes mediumskalig integrationsteknik (MSI) för att tillverka 100 till 1000 transistorer på ett enda chip för att göra multiplexrar, avkodare och räknare.

Från 1971 till 1979 användes storskalig integrationsteknik (LSI) för att tillverka 1000 till 20000 transistorer på ett enda chip för att göra RAM, mikroprocessor, ROM

Från 1980 till 1984 användes mycket storskalig integrationsteknik (VLSI) för att tillverka 20000 till 50000 transistorer på ett enda chip för att göra RISC-mikroprocessorer, DSP och mi16-bitar och 32-bitars mikroprocessorer.

Från 1985 till nu användes ultra-storskalig integrationsteknik (ULSI) för att tillverka 50000 till miljarder transistorer på ett enda chip för att göra 64-bitars mikroprocessorer.

Begränsningar av olika typer av integrerade kretsar

Begränsningen av olika typer av IC omfattar följande.

“vad är kirchhoffs spänningslag ”

Effektbetyget är begränsat
Den fungerar vid låg spänning
Det genererar buller under drift
Ett högt betyg på PNP är inte troligt
Dess komponenter är spänningsberoende som motstånd och kondensatorer
Det är känsligt
Tillverkning av en IC genom låg ljudnivå är svår
Temperaturkoefficienten är svår att uppnå.
Montering av högkvalitativ PNP går inte att uppnå.
I IC, alla com
I en IC kan olika komponenter inte bytas ut, tas bort, så om någon komponent i en IC skadas måste hela IC ändras med den nya.
Effektbetyget är begränsat eftersom tillverkning av IC: er över 10 Watt inte är möjligt

Olika typer av integrerade kretsar

Det finns olika typer av IC-klassificering av integrerade kretsar görs baserat på olika kriterier. Några typer av IC i ett system visas i figuren nedan med deras namn i ett trädformat.

Olika typer av ICS

Baserat på den avsedda applikationen klassificeras IC som analoga integrerade kretsar, digitala integrerade kretsar och blandade integrerade kretsar.

Digitala integrerade kretsar

De integrerade kretsarna som fungerar endast på ett fåtal definierade nivåer istället för att fungera övergripande nivåer av signalamplitud kallas Digitala IC: er och dessa är utformade med användning av flera antal digitala logikgrindar , multiplexrar, flip-flops och andra elektroniska komponenter i kretsar. Dessa logikgrindar fungerar med binär ingångsdata eller digital ingångsdata, såsom 0 (låg eller falsk eller logisk 0) och 1 (hög eller sann eller logisk 1).

Digitala integrerade kretsar

Ovanstående figur visar stegen som är involverade i utformningen av typiska digitala integrerade kretsar. Dessa digitala IC används ofta i datorer, mikroprocessorer , digitala signalprocessorer, datanätverk och frekvensräknare. Det finns olika typer av digitala IC: er eller typer av digitala integrerade kretsar, såsom programmerbara IC: er, minneschips, logiska IC: er, strömhanterings-IC: er och gränssnitts-IC: er.

Analoga integrerade kretsar

De integrerade kretsarna som arbetar över ett kontinuerligt intervall av signaler kallas Analog IC. Dessa är indelade i linjära integrerade kretsar (linjära IC) och Radiofrekvens Integrerade kretsar (RF ICs). I själva verket kan förhållandet mellan spänning och ström vara olinjärt i vissa fall över ett långt intervall av den kontinuerliga analoga signalen.

Analoga integrerade kretsar

Den ofta använda analoga IC är en operationsförstärkare eller helt enkelt kallad en op-amp, som liknar differentialförstärkaren, men har en mycket hög spänningsförstärkning. Den består av ett mycket mindre antal transistorer jämfört med digitala IC: er, och för att utveckla analoga applikationsspecifika integrerade kretsar (analoga ASIC) används datoriserade simuleringsverktyg.

Linjära integrerade kretsar

I en analog integrerad krets, om en linjär relation mellan dess spänning såväl som ström existerar, är den känd som linjär IC. Det bästa exemplet på denna linjära IC är 741 IC, är en 8-stifts DIP (Dual In-line Package) op-amp,

Radiofrekvensintegrerade kretsar

I analog IC, om det finns en icke-linjär relation mellan dess spänning och ström kallas den radiofrekvens IC. Denna typ av IC är också känd som en radiofrekvensintegrerad krets.

Blandade integrerade kretsar

De integrerade kretsarna som erhålls genom kombinationen av analoga och digitala IC: er på ett enda chip kallas Mixed ICs. Dessa IC fungerar som digitala till analoga omvandlare, Analoga till digitala omvandlare (D / A- och A / D-omvandlare) och klocka / timing IC. Kretsen som visas i ovanstående figur är ett exempel på den blandade integrerade kretsen som är ett fotografi av 8 till 18 GHz självläkande radarmottagare.

Blandade integrerade kretsar

Detta system-på-ett-chip med blandad signal är ett resultat av framsteg inom integrationstekniken, vilket möjliggjorde integrering av digitala, flera analoger och RF-funktioner på ett enda chip.

Allmänna typer av integrerade kretsar (ICs) inkluderar följande:

“kopplingsläge strömförsörjningskretsschema ”

Logiska kretsar

Dessa IC: er är utformade med hjälp av logiska grindar - som fungerar med binär in- och utgång (0 eller 1). Dessa används mest som beslutsfattare. Baserat på logik- eller sanningstabellen för logikgrindarna ger alla logikgrindar som är anslutna i IC: n en utgång baserat på kretsen som är ansluten inuti IC: n, så att denna utgång används för att utföra en specifik avsedd uppgift. Några få logiska IC visas nedan.

Logiska kretsar

Jämförare

Komparator-IC: erna används som jämförare för att jämföra ingångarna och sedan för att producera en output baserad på IC: s jämförelse.

Jämförare

Växla IC

Strömställare eller växlings-IC: er är designade med hjälp av transistorerna och används för att utföra växlingsoperationer . Ovanstående figur är ett exempel som visar en SPDT IC-omkopplare.

Växla IC

Ljudförstärkare

Ljudet förstärkare är en av de många typerna av IC, som används för att förstärka ljudet. Dessa används vanligtvis i ljudhögtalare, tv-kretsar och så vidare. Ovanstående krets visar lågspännings ljudförstärkaren IC.

Ljudförstärkare

CMOS-integrerad krets

CMOS-integrerade kretsar används extremt i olika applikationer jämfört med FET på grund av deras funktioner som lägre tröskelspänning, låg strömförbrukning. En CMOS IC inkluderar P-MOS & N-MOS-enheter som tillverkas gemensamt på ett liknande chip. Strukturen för denna IC är en Polysilicon-grind som hjälper till att minska enhetens tröskelspänning, vilket möjliggör process vid lågspänningsnivåer.

Spänningsregulator IC: er

Denna typ av integrerad krets ger en stabil likströmsutgång trots förändringarna inom likströmsingången. De vanligaste typregulatorerna är LM309, uA723, LM105 och 78XX IC.

Operativa förstärkare

De operativa förstärkare används ofta IC, liknande de ljudförstärkare som används för ljudförstärkningen. Dessa förstärkare används för förstärkning och dessa IC fungerar på samma sätt som transistor förstärkarkretsar. Stiftkonfigurationen för 741 op-amp IC visas i figuren ovan.

Operationsförstärkare

Timer-IC: er

Timers är integrerade kretsar för specialändamål som används för att räkna och för att hålla koll på tiden i avsedda applikationer. Blockdiagrammet för den interna kretsen för LM555 timer IC visas i ovanstående krets. Baserat på antalet använda komponenter (vanligtvis baserat på antalet transistorer som används) är de följande

Timer-IC: er

Småskalig integration består av endast ett fåtal transistorer (tiotals transistorer på ett chip), dessa IC spelade en viktig roll i tidiga flyg- och rymdprojekt.

Mediumskalig integration består av några hundratals transistorer på IC-chipet som utvecklades på 1960-talet och uppnådde bättre ekonomi och fördelar jämfört med SSI IC.

Storskalig integration består av tusentals transistorer på chipet med nästan samma ekonomi som IC-datorer för medelstora integrationer. Den första mikroprocessorn, kalkylatorchips och RAM-minne på 1Kbit som utvecklades på 1970-talet hade under fyra tusen transistorer.

Mycket storskalig integration består av transistorer från hundratals till flera miljarder i antal (utvecklingsperiod: från 1980-talet till 2009)

Ultra storskalig integration består av transistorer som överstiger mer än en miljon, och senare utvecklades wafer-scale integration (WSI), system on a chip (SoC) och tredimensionell integrerad krets (3D-IC).

Alla dessa kan behandlas som generationer av integrerad teknik. IC klassificeras också baserat på tillverkningsprocessen och packningstekniken. Det finns många typer av IC: er, bland vilka en IC fungerar som en timer, räknare, Registrera , förstärkare, oscillator, logisk grind, adderare, mikroprocessor och så vidare.

Typer av integrerade kretsar baserade på klasser

Integrerade kretsar finns i tre klasser baserat på de tekniker som används när de tillverkas.

Tunn och tjock film IC
Monolitiska IC: er
Hybrid eller multichip IC

Thin & Thick ICs

I dessa typer av integrerade kretsar används passiva komponenter som kondensatorer och motstånd, men transistorerna och dioderna är anslutna som separata komponenter för att utforma en krets. Dessa IC är helt enkelt en kombination av integrerade såväl som separata komponenter och dessa IC har relaterade egenskaper och utseende förutom sättet för filmdeposition. Från ICS kan den tunna ICs-filmavsättningen bestämmas.

Dessa IC-apparater är utformade genom att leda materialets deponeringsfilmer på glasytan annars på ett keramiskt stativ. Genom att ändra tjockleken på filmerna på materialen kommer att ha olika resistivitet och tillverkning av passiva elektroniska komponenter kan göras.

I denna typ av integrerad krets används silketrycksmetoden för att göra den erforderliga modellen av kretsen på ett keramiskt substrat. Ibland kallas denna typ av IC: er för tryckta tunnfilms-IC: er.

Monolitiska IC: er

I denna typ av integrerade kretsar kan sammankopplingarna mellan de aktiva, passiva och diskreta komponenterna på ett kiselchip bildas. Som namnet antyder är det härledt från det grekiska ordet som mono är ingenting annat än singel medan Lithos betyder sten. För närvarande används dessa IC: er oftast på grund av lägre kostnad och tillförlitlighet. IC: erna som tillverkas kommersiellt används som spänningsregulatorer, förstärkare, datorkretsar och AM-mottagare. Emellertid är isoleringen bland de monolitiska IC-komponenterna dålig men har också mindre effekt,

Dual-in-line package (DIP) IC

En DIP (ett dubbelt in-line-paket) eller DIPP (dual in-line pin-paket) är ett elektroniskt komponentpaket i termer av mikroelektronik eller elektronik med ett rektangulärt kort och två parallella rader med elektriska anslutningsstift.

Hybrid- eller multichip-IC

Som namnet antyder betyder multi ovanför ett enskilt chip som är sammankopplat. De aktiva komponenterna som dioder eller diffusa transistorer inkluderar dessa IC: er medan de passiva komponenterna är de diffusa kondensatorerna eller motstånden på ett enda chip. Anslutningen av dessa komponenter kan göras genom metalliserade prototyper. Multichip-integrerade kretsar används i stor utsträckning för applikationer av högeffektsförstärkare från 5W till 50W. Jämfört med monolitiska integrerade kretsar är hybrid IC-prestanda överlägsen.

Typer av IC-paket

IC-paketen är kategoriserade i två typer som genomgående hålmontering och ytmonterad förpackning.

Hålmonterade paket

Utformningen av dessa kan göras där ledstiften fixeras genom ena sidan av brädet och smält på den andra sidan. Jämfört med andra typer är storleken på dessa paket större. Dessa används huvudsakligen inom elektroniska enheter för att balansera kortutrymmet samt kostnadsgränser. Det bästa exemplet på genomgående hålmonteringspaket är dubbla inline-paket eftersom de är de mest använda. Dessa paket finns i två typer som keramik och plast.

I ATmega328 är 28-stiften placerade parallellt med varandra genom att expandera vertikalt och läggas ut på en svart plast rektangulär formskiva. Utrymmet mellan stiften bibehålls med 0,1 tum. Dessutom förändras paketet i storlek på grund av skillnaden i nr. stift i olika paket. Arrangemanget av dessa stift kan göras på ett sådant sätt att de kan regleras på mitten av en bräda så att kortslutning inte kan uppstå.

De olika IC-paketen med genomgående hål är PDIP, DIP, ZIP, PENTAWATT, T7-TO220, TO2205, TO220, TO99, TO92, TO18, TO03.

Ytmonterad förpackning

Denna typ av förpackning följer främst monteringstekniken, annars hittar du komponenterna direkt på kretskortet. Även om hans tillverkningsmetoder hjälper till att göra saker snabbt förbättrar det också risken för fel på grund av de små komponenterna och de är ordnade mycket nära varandra. Denna typ av förpackning använder plast- eller keramikformning. De olika typerna av ytmonterade förpackningar som använder plastformar är små konturerade L-blyförpackningar och BGA (Ball Grid Array).

De olika ytmonterade IC-paketen är SOT23, SOT223, TO252, TO263, DDPAK, SOP, TSOP, TQFP, QFN och BGA.

Fördelar

Fördelarna med typer av integrerade kretsar diskuteras nedan.

Strömförbrukningen är låg

Integrerade kretsar använder mindre ström för att fungera ordentligt på grund av deras mindre storlek och konstruktion.

Storleken är kompakt

En liten krets med IC kan erhållas för en viss funktion jämfört med den diskreta kretsen.

Mindre kostnad

Jämfört med diskreta kretsar finns integrerade kretsar tillgängliga till lägre kostnad på grund av deras tillverkningsteknik samt användning av lågt material.

Mindre vikt

Kretsarna som använder integrerade kretsar har mindre vikt jämfört med diskreta kretsar

Drifthastigheten förbättras

“johnson -räknare med jk flip -flop ”

Integrerade kretsar fungerar vid höga hastigheter på grund av deras växlingshastigheter samt låg energiförbrukning.

Hög tillförlitlighet

När kretsen använder låga anslutningar ger integrerade kretsar hög tillförlitlighet jämfört med digitala kretsar.

IC-storleken är liten men tusentals komponenter kan tillverkas på detta chip.
Genom att använda ett enda chip utformas olika komplexa elektroniska kretsar
På grund av bulkproduktionen är dessa tillgängliga med lägre kostnad
Arbetshastigheten är hög på grund av bristen på parasitisk kapacitanseffekt.
Från moderkretsen kan det enkelt ändras

Nackdelar

Nackdelarna med olika typer av integrerade kretsar inkluderar följande.

Värmen kan inte släppas ut i nödvändig takt på grund av dess lilla storlek och strömflöde kan orsaka IC-skador
I integrerade kretsar kan transformatorerna, såväl som induktorer, inte införlivas
Den hanterar ett begränsat utbud av kraft
Montering av högkvalitativ PNP går inte att uppnå.
En låg temperaturkoefficient kan inte uppnås
Effektavledningsområdet är upp till 10 watt
Drift med hög spänning och låg ljudnivå kan inte uppnås

Således handlar det här om en översikt över olika typer av integrerade kretsar. De konventionella integrerade kretsarna minskar i praktisk användning på grund av uppfinningen av nanoelektroniken och miniatyriseringen av IC: er fortsätter av detta Nano-elektronik-teknik . De konventionella IC: erna har dock ännu inte ersatts av nanoelektronik men användningen av konventionella IC: er minskar delvis. För att förbättra den här artikeln tekniskt, lägg upp dina frågor, idéer och förslag som dina kommentarer i avsnittet nedan.

Fotokrediter: