A menos que acabe de aterrizar aquí desde mediados del siglo anterior, es casi seguro que haya oído hablar de circuitos integrados o circuitos integrados. Pero es posible que haya escuchado a estas construcciones referidas por uno de sus nombres alternativos, como microchip, chip de computadora o incluso IC chip. Si alguna vez ha comprado una computadora portátil o de escritorio, probablemente haya visto información sobre el microprocesador de cada modelo en un lugar destacado entre las características principales de la máquina; estos dispositivos funcionan utilizando uno o, como mucho, muy pocos circuitos integrados distintos. Y si no ha oído hablar de los circuitos integrados, ciertamente los ha utilizado y en este punto no sería capaz de navegar su vida cotidiana sin sus ayuda. A menos que esté leyendo estas palabras en una hoja de papel impreso, está disfrutando de los beneficios de los circuitos integrados en este mismo momento.
Los circuitos integrados han ayudado a revolucionar la tecnología de la información, las telecomunicaciones y otras industrias, por lo que no es sorprendente que vienen en una variedad de sabores, cada uno de ellos adaptado a las necesidades especializadas de su electrónica Ambientes. No es necesario estar bien versado en electrónica para comprender cómo funcionan estos diferentes tipos de circuitos integrados y apreciar su valor multifacético para la sociedad.
¿Qué es un circuito integrado?
Un circuito integrado es una matriz de circuitos electrónicos diminutos, microscópicos, de hecho. Un circuito electrónico contiene una variedad de partes diseñadas para lidiar de alguna manera con el flujo, la propagación y la transmisión de la electricidad. De la misma manera, un sistema de piscinas de agua interconectadas puede tener canales, compuertas, tanques de derrame, bombas y otros dispositivos para mantener el estado deseado de la matriz en cada uno de los grupos en cualquier momento, los componentes de IC incluyen transistores, resistencias, condensadores y otros elementos que realizan estas funciones con electrones en lugar de fluidos.
Si alguna vez ha tomado una computadora, teléfono celular u otro dispositivo electrónico moderno con potencia de cálculo aparte o ha visto uno desmontado, es probable que haya visto un IC de cerca. Sus diversos componentes están fijados sobre una superficie que consiste en un material semiconductor (generalmente silicio o principalmente silicio). Esta superficie de "oblea", que sirve como base del IC, es típicamente de color verde o de algún otro tono que facilita la visualización de las piezas individuales del IC.
Ensamblar un circuito eléctrico a partir de componentes recolectados de diversas fuentes es extremadamente costoso en comparación con la construcción de un circuito de este tipo de una sola vez, con cada uno de sus componentes requeridos en mano. (Imagine la diferencia de costo entre un automóvil comprado de la manera habitual y uno fabricado con neumáticos, un motor, un sistema de navegación, etc., pedidos por separado. Piense en un automóvil comprado en un trato como un "vehículo integrado" en el lenguaje de IC.) La idea de estos dispositivos surgió en la década de 1950, poco después de la llegada de los primeros transistores.
Tipos de circuitos integrados
Circuitos integrados digitales vienen en una variedad de subtipos, entre los circuitos integrados programables, los "chips de memoria", los circuitos integrados lógicos, los circuitos integrados de administración de energía y los circuitos integrados de interfaz. Su La característica definitoria desde un punto de vista electrofísico es que operan en un pequeño número de amplitud de señal especificada. niveles. Operan usando lo que se llama puertas lógicas, que son puntos en los que se pueden introducir cambios en la actividad del circuito de una manera "sí / no" o "encendido / apagado". Esto se logra utilizando los datos binarios en espera de la computadora antigua, que en los circuitos integrados digitales usan sólo "0" (lógica baja o ausente) y "1" (lógica alta o completa) como valores permitidos.
Circuitos integrados analógicos operan sobre un rango continuo de señales en lugar de las señales discretas que aparecen en los circuitos integrados digitales. La El concepto de hacer algo "digital" significa esencialmente colocar todas sus partes en categorías distintas; incluso si hay muchos de ellos, como ocurre con los colores de los píxeles individuales en las pantallas de imágenes digitales, solo ofrecen la apariencia de una verdadera continuidad. Aunque la gente tiende a escuchar "analógico" como "obsoleto" y "digital" como "estado del arte", esto es infundado. Por ejemplo, un tipo de CI analógico es el CI de radiofrecuencia o RFIC, que es un elemento crucial de las redes inalámbricas. Otro tipo de IC analógico es el IC lineal, llamado así porque el voltaje y la corriente en estos arreglos varían en el la misma proporción en todo el rango de señales que transportan (es decir, V e I están relacionados por una constante multiplicativa factor).
Circuitos integrados analógicos-digitales mixtos incluir aspectos de ambos tipos de CI. En sistemas que convierten datos analógicos en datos digitales o al revés, encontrará estos circuitos integrados mixtos. Todo el concepto de integración de componentes digitales y analógicos en el mismo chip es mucho más nuevo que la tecnología IC. sí mismo. Estos circuitos integrados también se utilizan en relojes y otros dispositivos de temporización.
Además, los circuitos integrados se pueden colocar en categorías aparte de la distinción digital versus analógica.
Circuitos integrados lógicos, que como se mencionó utilizan datos binarios (0 y 1), se utilizan en sistemas que requieren toma de decisiones. Esto se hace usando "puertas" en el circuito que permiten o niegan el paso de una señal en función de su valor. Estas puertas se ensamblan de modo que una combinación determinada de señales dé un resultado específico previsto basado en la suma de eventos en varias puertas. Cuando se considera que el número de combinaciones diferentes de 0 y 1 en un CI lógico con n puertas es 2 elevado a la potencia de n (2norte), verá rápidamente que estos circuitos integrados, aunque en principio son exquisitamente simples, pueden manejar información muy compleja.
Puede pensar en la señal en un circuito integrado lógico como un mouse inusualmente inteligente negociando un laberinto. En cada punto de ramificación posible, el ratón debe decidir si entrar por la puerta abierta ("0") o seguir caminando ("1"). En este esquema, solo la secuencia adecuada de valores 0 y 1 dará como resultado un camino desde la entrada del laberinto hasta su salida; todas las demás combinaciones terminarán finalmente en callejones sin salida dentro de las paredes del laberinto.
Conmutación de circuitos integrados hacer un amplio uso de los transistores, que se describen en detalle más adelante. Se utilizan tal como sugiere su nombre: como partes de interruptores, o en el lenguaje de los circuitos, en "operaciones de conmutación". En un interruptor eléctrico, la interrupción de la corriente o la introducción de corriente que no estaba presente previamente puede activar un interruptor, que en sí mismo no es más que un cambio en una condición dada que puede tomar dos o más formas. Por ejemplo, algunos ventiladores eléctricos tienen configuraciones bajas, medias y altas. Algunos conmutadores pueden participar en más de un circuito.
Circuitos integrados de temporizador son capaces de realizar un seguimiento del tiempo transcurrido. Un ejemplo obvio es un cronómetro digital, que muestra la hora explícitamente, pero varios dispositivos deben poder realizar un seguimiento del tiempo en segundo plano, incluso cuando no es necesario mostrarlo a los usuarios o cuando la visualización es Opcional; una computadora de uso diario es un ejemplo, aunque algunas de ellas ahora dependen de la entrada de satélite para monitorear y ajustar el tiempo según sea necesario.
Circuitos integrados de amplificador vienen en dos tipos: audio y operacional. Los circuitos integrados de audio son los que hacen que la música sea más fuerte o más suave en un sistema de sonido elegante o aumentan o disminuyen la volumen en dispositivos que incorporan sonido de cualquier tipo, como un televisor, teléfono inteligente o personal ordenador. Estos hacen uso de cambios de voltaje para controlar la salida de sonido. Los circuitos integrados operacionales funcionan de manera similar en el sentido de que dan como resultado una amplificación de audio, pero con los circuitos integrados operacionales, la entrada y la salida son ambas de voltaje, mientras que la entrada de los circuitos integrados de audio es el audio en sí.
Comparadores hacen lo que sugiere su nombre bastante extraño: comparan entradas simultáneas de señales en múltiples puntos y determinan una señal de salida para cada uno. Las salidas en cada uno de estos puntos de entrada se agregan de una manera adecuada para determinar la salida total del circuito. Estos son vagamente similares a los circuitos integrados lógicos pero sin el componente de datos estricto sí / no (binario).
Escalas de integración
Los tipos de CI se pueden determinar sobre la base de cuán integrados están, lo que equivale aproximadamente a la cantidad de piezas que tienen en su forma más despojada. (En teoría, un CI dado no tiene absolutamente ningún componente adicional. Cada uno representa el sistema más pequeño capaz de realizar una determinada tarea electrónica. El número de transistores en particular es especialmente conveniente para este propósito.
La integración a pequeña escala, que alguna vez ocupó un lugar destacado en la ingeniería aeronáutica, presenta decenas de transistores en un solo chip IC. La integración a mediana escala, que despegó en la década de 1960, consta de algunos cientos de transistores en un chip, mientras que la integración a gran escala, que comenzó en la década de 1970, incluye miles. La integración a muy gran escala, un producto de la tecnología durante los aproximadamente 30 años entre 1980 y 2010, puede tener tan solo varios cientos y hasta unos pocos miles de millones de transistores en el mismo chip. En la integración a ultra gran escala, el número siempre supera el millón. A medida que la tecnología ha continuado expandiéndose, el mundo de los circuitos integrados ha sido testigo del advenimiento de la integración a escala de obleas (WSI), el sistema en un chip (SoC) y el circuito integrado tridimensional (3D-IC).
¿Qué es un código IC?
Si observa de cerca una placa de circuito, verá una "palabra" alfanumérica impresa allí. Esto tiene varios nombres, incluido el código IC, el número de pieza de IC o simplemente el número de IC. El código IC proporciona información sobre el fabricante del IC, el tipo de dispositivo para el que es adecuado, la serie de la que forma parte (muchos los automóviles también se adhieren a esta convención), la temperatura a la que el circuito puede funcionar correctamente, la información de salida y otros datos. No existe un formato fijo para el código IC en términos de número de caracteres, pero cualquiera que esté familiarizado con ellos puede reconstruir lo que necesita saber separando el código en diferentes partes. Esto se hace más fácil por el espaciado entre grupos de letras y números, como se hace con los guiones en un número de seguro social o número de teléfono de EE.
¿Cuántos tipos de transistores existen?
Se utiliza un transistor para aumentar la corriente en un circuito eléctrico. Los medios por los cuales esto ocurre deben ser cubiertos en otra discusión, pero el tipo de transistor usado en los circuitos integrados se llama BJT, que significa transistor de unión bipolar. Estos vienen en dos construcciones básicas: el pnp y el npn, que significa "positivo-negativo-positivo" y "negativo-positivo-negativo". Los transistores constan de tres elementos principales: un emisor, una base y un coleccionista. Las interfaces entre pyn porciones de transistores se denominan uniones np, y hay dos por transistor. También se denominan uniones base-emisor y base-colector, ya que la base se encuentra en el medio.
¿Qué es la región activa en un BJT?
La región activa de este tipo de transistor se refiere a la región en un gráfico de corriente vs. voltaje en el que el voltaje se puede aumentar significativamente sin cambiar mucho la corriente dentro del transistor. La región inmediatamente anterior a esta es la región de saturación, en la que la corriente aumenta abruptamente al aumentar el voltaje; la región que se encuentra más allá de ella se denomina región de ruptura, en la que la corriente vuelve a aumentar bruscamente con voltaje adicional y excede la capacidad del circuito.