À moins que vous ne veniez d'atterrir ici depuis le milieu du siècle précédent, vous avez presque certainement entendu parler des circuits intégrés, ou circuits intégrés. Mais vous avez peut-être entendu ces constructions désignées par l'un de leurs noms alternatifs, tels que puce électronique, puce informatique ou même IC. ébrécher. Si vous avez déjà acheté un ordinateur portable ou de bureau, vous avez probablement vu des informations sur le microprocesseur de chaque modèle figurant en bonne place parmi les principales caractéristiques de la machine; ces dispositifs fonctionnent à l'aide d'un ou tout au plus de très peu de circuits intégrés distincts. Et si vous n'avez jamais entendu parler des circuits intégrés, vous ont certainement fait usage d'eux et à ce stade ne serait pas en mesure de naviguer dans votre vie quotidienne sans leur aider. À moins que vous ne lisiez ces mots sur une feuille de papier imprimé, vous profitez des avantages des circuits intégrés en ce moment même.
Les circuits intégrés ont contribué à révolutionner les technologies de l'information, les télécommunications et d'autres industries, il n'est donc pas surprenant qu'ils viennent dans une variété de saveurs, chacune d'entre elles étant adaptée aux besoins spécialisés de leur électronique environnements. Vous n'avez pas besoin d'être familiarisé avec l'électronique pour comprendre le fonctionnement de ces différents types de circuits intégrés et apprécier leur valeur multiforme pour la société.
Qu'est-ce qu'un circuit intégré ?
Un circuit intégré est un petit réseau de circuits électroniques, en fait microscopique. Un circuit électronique contient une variété de pièces conçues pour gérer d'une manière ou d'une autre le flux, la propagation et le relais de l'électricité. De la même manière, un système de piscines d'eau interconnectées peut avoir des canaux, des vannes, des réservoirs de débordement, des pompes et d'autres dispositifs pour maintenir l'état souhaité du réseau dans chacun des pools à tout moment, les composants IC comprennent des transistors, des résistances, des condensateurs et d'autres éléments qui remplissent ces fonctions avec des électrons plutôt que fluides.
Si vous avez déjà démonté un ordinateur, un téléphone portable ou un autre appareil électronique moderne doté d'une puissance de calcul ou si vous en avez vu un démonté, vous avez probablement vu un circuit intégré de près. Leurs divers composants sont fixés sur une surface constituée d'un matériau semi-conducteur (généralement du silicium ou majoritairement du silicium). Cette surface de « plaquette », qui sert de base au circuit intégré, est généralement de couleur verte ou d'une autre teinte qui facilite la visualisation des pièces individuelles du circuit intégré.
L'assemblage d'un circuit électrique à partir de composants collectés à partir de diverses sources est extrêmement cher par rapport à la construction d'un tel circuit en une seule fois, avec chacun de ses composants requis sur main. (Imaginez la différence de coût entre une voiture achetée de manière habituelle et une autre fabriquée à partir de pneus commandés séparément, d'un moteur, d'un système de navigation, etc. Pensez à une voiture achetée dans le cadre d'un marché comme à un « véhicule intégré » dans le jargon des circuits intégrés.) L'idée de ces dispositifs est née dans les années 1950, peu de temps après l'avènement des premiers transistors.
Types de circuits intégrés
CI numériques viennent dans une variété de sous-types, parmi eux les circuits intégrés programmables, les "puces de mémoire", les circuits intégrés logiques, les circuits intégrés de gestion de l'alimentation et les circuits intégrés d'interface. Leur la caractéristique déterminante d'un point de vue électrophysique est qu'ils fonctionnent à un petit nombre d'amplitude de signal spécifiée les niveaux. Ils fonctionnent à l'aide de ce qu'on appelle des portes logiques, qui sont des points auxquels des changements dans l'activité du circuit peuvent être introduits de manière « oui/non » ou « marche/arrêt ». Ceci est accompli en utilisant l'ancien ordinateur de secours, les données binaires, qui dans les circuits intégrés numériques n'utilisent que "0" (logique faible ou absente) et "1" (logique élevée ou complète) comme valeurs admissibles.
CI analogiques fonctionnent sur une gamme continue de signaux plutôt que sur les signaux discrets présents dans les circuits intégrés numériques. le le concept de faire quelque chose "numérique" signifie essentiellement placer toutes ses parties dans des catégories distinctes; même s'ils sont nombreux, comme les couleurs des pixels individuels dans les affichages d'images numériques, ils n'offrent qu'une apparence de vraie continuité. Bien que les gens aient tendance à entendre « analogique » comme « obsolète » et « numérique » comme « à la pointe de la technologie », cela n’est pas fondé. Par exemple, un type de CI analogique est le CI radiofréquence, ou RFIC, qui est un élément crucial des réseaux sans fil. Un autre type de circuit intégré analogique est le circuit intégré linéaire, ainsi nommé parce que la tension et le courant dans ces arrangements varient dans le même proportion sur toute la gamme de signaux qu'ils transportent (c'est-à-dire que V et I sont liés par une constante multiplicative facteur).
Circuits intégrés analogiques-numériques mixtes inclure des aspects des deux types de circuits intégrés. Dans les systèmes qui convertissent des données analogiques en données numériques ou inversement, vous trouverez ces circuits intégrés mixtes. L'ensemble du concept d'intégration de composants numériques et analogiques sur la même puce est bien plus récent que la technologie IC lui-même. Ces circuits intégrés sont également utilisés dans les horloges et autres dispositifs de synchronisation.
De plus, les circuits intégrés peuvent être classés dans des catégories en dehors de la distinction numérique-analogique.
CI logiques, qui, comme mentionné, utilisent des données binaires (0 et 1), sont utilisées dans des systèmes nécessitant une prise de décision. Cela se fait en utilisant des "portes" dans le circuit qui autorisent ou refusent le passage d'un signal en fonction de sa valeur. Ces portes sont assemblées de sorte qu'une combinaison donnée de signaux donnera un résultat spécifique et voulu basé sur la sommation d'événements à plusieurs portes. Lorsque vous considérez que le nombre de combinaisons différentes de 0 et 1 dans un circuit intégré logique à n portes est de 2 élevé à la puissance n (2m), vous voyez rapidement que ces circuits intégrés, bien qu'exquisement simples en principe, peuvent gérer des informations très complexes.
Vous pouvez considérer le signal dans un circuit intégré logique comme une souris inhabituellement intelligente qui négocie un labyrinthe. À chaque point de branchement possible, la souris doit décider si elle doit entrer par la porte ouverte ("0") ou continuer à marcher ("1"). Dans ce schéma, seule la séquence appropriée de valeurs 0 et 1 se traduira par un chemin de l'entrée du labyrinthe à sa sortie; toutes les autres combinaisons finiront par aboutir à des impasses à l'intérieur des murs du labyrinthe.
CI de commutation utiliser abondamment les transistors, décrits en détail plus loin. Ils sont utilisés exactement comme leur nom l'indique - en tant que parties de commutateurs, ou dans le langage des circuits, dans les "opérations de commutation". Dans un interrupteur électrique, l'interruption du courant ou l'introduction d'un courant qui n'était pas présent auparavant peut déclencher un interrupteur, qui lui-même n'est rien de plus qu'un changement dans une condition donnée qui peut prendre deux ou plus formes. Par exemple, certains ventilateurs électriques ont des réglages bas, moyens et élevés. Certains commutateurs peuvent participer à plusieurs circuits.
CI de minuterie sont capables de suivre le temps écoulé. Un exemple évident est un chronomètre numérique, qui indique explicitement l'heure, mais divers appareils doivent être capables de garder une trace du temps en arrière-plan même lorsqu'il n'a pas besoin d'être affiché pour les utilisateurs ou lorsque l'affichage est optionnel; un ordinateur de tous les jours en est un exemple, bien que certains d'entre eux s'appuient maintenant sur l'entrée satellite pour surveiller et ajuster l'heure selon les besoins.
CI d'amplificateur sont de deux types: audio et opérationnel. Les circuits intégrés audio sont ce qui rend la musique plus forte ou plus douce sur un système audio sophistiqué ou augmente ou diminue le volume dans les appareils qui intègrent le son de toute sorte, comme un téléviseur, un smartphone ou un appareil personnel l'ordinateur. Ceux-ci utilisent des changements de tension pour contrôler la sortie du son. Les circuits intégrés opérationnels fonctionnent de la même manière en ce sens qu'ils entraînent une amplification audio, mais avec les circuits intégrés opérationnels, l'entrée et la sortie sont toutes deux en tension, tandis que l'entrée des circuits intégrés audio est elle-même audio.
Comparateurs faire ce que leur nom plutôt maladroit laisse entendre: ils comparent les entrées simultanées de signaux en plusieurs points et déterminent un signal de sortie pour chacun. Les sorties à chacun de ces points d'entrée sont ensuite additionnées de manière appropriée pour déterminer la sortie totale du circuit. Ceux-ci sont vaguement similaires aux circuits intégrés logiques, mais sans le composant de données strict oui/non (binaire).
Échelles d'intégration
Les types de circuits intégrés peuvent être déterminés sur la base de leur degré d'intégration, ce qui équivaut à peu près au nombre de pièces qu'ils ont le plus dépouillées. (En théorie, un circuit intégré donné n'a absolument aucun composant supplémentaire. Chacun représente le plus petit système capable d'effectuer une tâche électronique donnée.) Le nombre de transistors en particulier est particulièrement pratique à cet effet.
L'intégration à petite échelle, qui figurait autrefois en bonne place dans l'ingénierie aéronautique, comprend des dizaines de transistors sur une seule puce IC. L'intégration à moyenne échelle, qui a démarré dans les années 1960, consiste en quelques centaines de transistors sur une seule puce, tandis que l'intégration à grande échelle, qui a commencé dans les années 1970, en comprend des milliers. L'intégration à très grande échelle, un produit de la technologie sur une trentaine d'années entre 1980 et 2010, peut avoir aussi peu que plusieurs centaines et jusqu'à quelques milliards de transistors sur la même puce. Dans l'intégration à très grande échelle, le nombre dépasse toujours le million. Alors que la technologie continuait de se développer, le monde des circuits intégrés a été témoin de l'avènement de l'intégration à l'échelle des plaquettes (WSI), du système sur puce (SoC) et du circuit intégré tridimensionnel (3D-IC).
Qu'est-ce qu'un code IC ?
Si vous regardez attentivement un circuit imprimé, vous verrez un "mot" alphanumérique imprimé là. Cela passe par différents noms, y compris le code IC, le numéro de pièce IC ou simplement le numéro IC. Le code IC donne des informations sur le fabricant de l'IC, le type d'appareil pour lequel il est adapté, la série dont il fait partie (de nombreux les voitures adhèrent également à cette convention), la température à laquelle le circuit peut fonctionner correctement, les informations de sortie et d'autres Les données. Il n'y a pas de format fixe pour le code IC en termes de nombre de caractères, mais toute personne familière avec eux peut rassembler ce qu'elle doit savoir en séparant le code en différentes parties. Ceci est facilité par l'espacement inclus entre les groupes de lettres et de chiffres, comme c'est le cas avec les tirets dans un numéro de sécurité sociale ou un numéro de téléphone américain.
Combien y a-t-il de types de transistors ?
Un transistor est utilisé pour augmenter le courant dans un circuit électrique. Les moyens par lesquels cela se produit doivent faire l'objet d'une autre discussion, mais le type de transistor utilisé dans les circuits intégrés est appelé BJT, qui signifie transistor à jonction bipolaire. Ceux-ci se présentent sous deux constructions de base - le pnp et le npn, qui signifie "positif-négatif-positif" et "négatif-positif-négatif." Les transistors sont constitués de trois éléments principaux: un émetteur, une base et un collectionneur. Les interfaces entre les portions p et n des transistors sont appelées jonctions np, et il y en a deux par transistor. Celles-ci sont également appelées jonctions base-émetteur et base-collecteur, car la base se trouve au milieu.
Quelle est la région active dans un BJT ?
La région active de ce type de transistor fait référence à la région sur un graphique du courant en fonction de l'intensité. tension dans laquelle la tension peut être augmentée de manière significative sans changer beaucoup le courant à l'intérieur du transistor. La région juste avant cela est la région de saturation, dans laquelle le courant augmente fortement avec l'augmentation de la tension; la région juste au-delà est appelée région de claquage, dans laquelle le courant augmente à nouveau fortement avec une tension supplémentaire et dépasse la capacité du circuit.
