Jei tik nenusileidote čia nuo praėjusio amžiaus vidurio, beveik neabejotinai girdėjote apie integrinius grandynus arba IC. Bet jūs galbūt girdėjote šias konstrukcijas, nurodytas vienu iš jų alternatyvių pavadinimų, tokių kaip mikroschema, kompiuterio lustas ar net IC lustas. Jei kada nors pirkote nešiojamąjį ar stalinį kompiuterį, tikriausiai matėte, kad informacija apie kiekvieno modelio mikroprocesorių yra aiškiai nurodyta pagrindinėse mašinos funkcijose; šie prietaisai veikia naudodami vieną arba daugiausia labai mažai skirtingų IC. Ir jei jūs iš tikrųjų dar negirdėjote apie IC, jūs tikrai jais pasinaudojo ir šiuo metu negalėtų naršyti savo kasdieniniame gyvenime be jų pagalba. Jei neskaitote šių žodžių ant spausdinto popieriaus lapo, šiuo metu naudojatės IC pranašumais.
IC padėjo revoliucionuoti informacines technologijas, telekomunikacijas ir kitas pramonės šakas, todėl nenuostabu kad jie yra įvairių skonių, kiekvienas jų pritaikytas pagal specializuotus savo elektronikos poreikius aplinkose. Jums nereikia gerai išmanyti elektroniką, kad suprastumėte, kaip veikia šie skirtingų tipų IC, ir įvertinkite jų daugialypę vertę visuomenei.
Kas yra integruota grandinė?
Integruota grandinė yra mažytė - mikroskopinė, iš tikrųjų - elektroninių grandinių masyvas. Elektroninėje grandinėje yra daugybė dalių, pritaikytų tam tikru būdu susitvarkyti su elektros srove, sklaida ir perdavimu. Taip pat sujungtų vandens baseinų sistema gali turėti kanalus, vartus, rezervuarus, siurblius ir kitus įtaisus norimai masyvo būsenai palaikyti. Kiekviename baseine bet kuriuo metu IC komponentai apima tranzistorius, rezistorius, kondensatorius ir kitus elementus, kurie šias funkcijas atlieka elektronais, o ne skysčių.
Jei kada nors išsiskyrėte kompiuterį, mobilųjį telefoną ar kitą modernų elektroninį prietaisą su skaičiavimo galia arba matėte jį išardytą, greičiausiai matėte IC iš arti. Įvairūs jų komponentai yra pritvirtinti ant paviršiaus, susidedančio iš puslaidininkinės medžiagos (dažniausiai silicio arba daugiausia silicio). Šis "plokštelių" paviršius, kuris yra IC pagrindas, paprastai yra žalios spalvos arba bet kurio kito atspalvio, kuris leidžia lengviau vizualizuoti atskirus IC gabalus.
Elektros grandinę surinkti iš komponentų, surinktų iš įvairių šaltinių, yra nepaprastai svarbu brangu, palyginti su tokios grandinės sukūrimu vienu metu su kiekvienu reikalingu komponentu ranka. (Įsivaizduokite, koks yra skirtumas tarp automobilio, pirkto įprastu būdu, ir automobilio, pagaminto iš atskirai užsakytų padangų, variklio, navigacinės sistemos ir pan. Pagalvokite apie automobilį, nusipirktą iš sandorio, kaip „integruotą transporto priemonę“ IC kalboje.) Šių prietaisų idėja kilo praėjusio amžiaus 5 dešimtmetyje, netrukus po pirmųjų tranzistorių atsiradimo.
Integruotų grandinių tipai
Skaitmeniniai IC yra įvairių potipių, tarp jų programuojamos IC, „atminties mikroschemos“, loginės IC, galios valdymo IC ir sąsajos IC. Jų Elektrofiziniu požiūriu charakteristika yra ta, kad jie veikia nedideliu nurodytos signalo amplitudės skaičiumi lygius. Jie veikia naudodamiesi vadinamaisiais loginiais vartais, kurie yra taškai, kuriuose grandinės aktyvumo pokyčiai gali būti „taip / ne“ arba „įjungti / išjungti“. Tai pasiekiama naudojant seną kompiuterio budėjimo režimą, dvejetainius duomenis, kurie skaitmeniniuose IC naudoja tik „0“ (mažai arba visai nėra logikos) ir „1“ (aukštą arba visišką logiką) kaip leistinas reikšmes.
Analoginiai IC veikia nepertraukiamu signalų diapazonu, o ne atskiraisiais signalais, pateikiamais skaitmeniniuose IC. „skaitmeninio“ gaminimo sąvoka iš esmės reiškia visų jo dalių skirstymą į atskiras kategorijas; net jei jų yra labai daug, kaip ir atskirų pikselių spalvos skaitmeniniuose vaizdų ekranuose, jos suteikia tikro tęstinumo išvaizdą. Nors žmonės linkę girdėti „analogą“ kaip „pasenusį“ ir „skaitmeninį“ kaip „apie naujausią techniką“, tai nepagrįsta. Pavyzdžiui, vienos rūšies analoginis IC yra radijo dažnio IC arba RFIC, kuris yra esminis belaidžių tinklų elementas. Kitas analoginio IC tipas yra linijinis IC, taip pavadintas todėl, kad įtampa ir srovė šiuose susitarimuose skiriasi ta pati proporcija per jų perduodamų signalų diapazoną (tai yra, V ir I yra susieti nuolatiniu daugikliu faktorius).
Mišrios analoginės-skaitmeninės IC apimti abiejų tipų IC aspektus. Sistemose, kurios analoginius duomenis paverčia skaitmeniniais ar atvirkščiai, rasite šie mišrūs IC. Visa skaitmeninių ir analoginių komponentų integravimo į tą pačią mikroschemą koncepcija yra kur kas naujesnė nei IC technologija pats. Šie IC taip pat naudojami laikrodžiuose ir kituose laiko matavimo prietaisuose.
Be to, IC galima skirstyti į kategorijas, išskyrus skaitmeninio ir analoginio skirtumus.
Loginiai IC, kurie, kaip minėta, naudoja dvejetainius duomenis (0s ir 1s), naudojami sistemose, kurioms reikia priimti sprendimus. Tai daroma naudojant grandinėje esančius „vartus“, kurie leidžia arba paneigia signalo perdavimą pagal jo vertę. Šie vartai surenkami taip, kad duota signalų kombinacija duos konkretų, numatytą rezultatą, pagrįstą įvykių prie kelių vartų suma. Kai manote, kad skirtingų 0 ir 1 derinių skaičius loginiame IC su n vartais yra padidintas iki n (2) galiosn), greitai pastebite, kad šie IC, nors ir iš principo yra labai paprasti, gali apdoroti labai sudėtingą informaciją.
Loginiame IC galite suprasti signalą kaip neįprastai protingą pelę, derančią dėl labirinto. Kiekviename įmanomame šakos taške pelė turi nuspręsti, ar įeiti į atidarytas duris („0“), ar toliau vaikščioti („1“). Pagal šią schemą tik tinkama 0 ir 1 reikšmių seka sukels kelią nuo labirinto įėjimo iki jo išėjimo; visi kiti deriniai galiausiai baigsis aklavietėmis labirinto sienose.
IC perjungimas plačiai naudoti tranzistorius, kurie bus išsamiai aprašyti vėliau. Jie naudojami taip, kaip rodo jų pavadinimas - kaip jungiklių dalys arba kalbant grandinės kalba, „perjungimo operacijose“. Elektriniame jungiklyje srovės pertraukimas arba srovės, kurios anksčiau nebuvo, įvedimas gali sukelti jungiklį, kuris pats yra ne kas kita, kaip tam tikros būklės pasikeitimas, kuris gali užtrukti du ar daugiau formos. Pavyzdžiui, kai kurių elektrinių ventiliatorių nustatymai yra žemi, vidutiniai ir aukšti. Kai kurie jungikliai gali dalyvauti daugiau nei vienoje grandinėje.
Laikmačio IC sugeba sekti praėjusį laiką. Akivaizdus pavyzdys yra skaitmeninis chronometras, kuris aiškiai parodo laiką, tačiau įvairūs prietaisai turi sugebėti sekti laiką fone, net jei jo nereikia rodyti vartotojams arba kai rodomas neprivaloma; kasdienis kompiuteris yra vienas iš pavyzdžių, nors kai kurie iš jų dabar priklauso nuo palydovo įvesties, kad stebėtų ir prireikus koreguotų laiką.
Stiprintuvo IC yra dviejų tipų: garso ir operacinių. Garso IC yra tai, kas daro muziką garsesnę ar minkštesnę įmantrioje garso sistemoje arba padidina ar sumažina garsas įrenginiuose, kuriuose yra bet kokio garso, pavyzdžiui, televizorius, išmanusis telefonas ar asmeninis kompiuteris. Jie naudoja įtampos pokyčius, kad valdytų garso išvestį. Operaciniai IC veikia panašiai, nes lemia garso stiprinimą, tačiau veikiantys IC yra tiek įtampa, tiek įvestis, o garso IC įvestis yra pats garsas.
Palygintojai darykite tai, ką užsimena jų gana nepatogus vardas: Jie lygina tuo pačiu metu įvestus signalus keliuose taškuose ir nustato kiekvieno išėjimo signalą. Tada kiekviename iš šių įėjimo taškų išvestys pridedamos tinkamu būdu, kad būtų galima nustatyti bendrą grandinės išvestį. Tai yra mažai panašūs į loginius IC, tačiau be griežto „taip“ / „ne“ (dvejetainio) duomenų komponento.
Integracijos skalės
IC tipus galima nustatyti atsižvelgiant į tai, kiek jie yra integruoti, o tai yra maždaug tolygu tam, kiek dalių jie turi daugiausia. (Teoriškai tam tikras IC neturi jokių papildomų komponentų. Kiekvienas iš jų reiškia mažiausią sistemą, galinčią atlikti tam tikrą elektroninę užduotį.) Šiam tikslui ypač patogus tranzistorių skaičius.
Nedidelio masto integracija, kai tai buvo svarbi aviacijos inžinerijos srityje, apima kelias dešimtis tranzistorių vienoje IC mikroschemoje. Vidutinio masto integracija, kuri atsirado šeštajame dešimtmetyje, susideda iš šimtų tranzistorių vienoje mikroschemoje, o didelio masto integracija, prasidėjusi 1970-aisiais, apima tūkstančius. Labai plataus masto integracija, technologijos produktas per maždaug 30 metų maždaug nuo 1980 m. Iki 2010 m., Toje pačioje mikroschemoje gali turėti nuo kelių šimtų iki kelių milijardų tranzistorių. Itin didelio masto integracijos metu skaičius visada viršija milijoną. Technologijoms plečiantis, IC pasaulyje atsirado plokščių integravimo (WSI), lusto sistemos (SoC) ir trimatės integruotos grandinės (3D-IC) atsiradimas.
Kas yra IC kodas?
Atidžiai pažvelgę į plokštę pamatysite joje atspausdintą raidinį ir skaitmeninį „žodį“. Tai vadinama įvairiais pavadinimais, įskaitant IC kodą, IC dalies numerį arba tiesiog IC numerį. IC kodas suteikia informacijos apie IC gamintoją, prietaiso tipą, kuriam jis tinka, seriją, kurios dalis yra (daugelis automobiliai taip pat laikosi šios konvencijos), temperatūra, kuriai esant grandinė gali tinkamai veikti, informacijos išvestis ir kita duomenis. Kalbant apie simbolių skaičių, nėra fiksuoto IC kodo formato, tačiau visi, kurie juos žino, gali suskaidyti tai, ką jie turi žinoti, atskirdami kodą į skirtingas dalis. Tai palengvina tarpai tarp raidžių ir skaičių grupių, kaip tai daroma su JAV socialinio draudimo numerio ar telefono numerio brūkšneliais.
Kiek yra tranzistorių tipų?
Transistorius naudojamas srovės stiprinimui elektros grandinėje. Apie tai, kaip tai įvyksta, reikia aptarti kitoje diskusijoje, tačiau IC naudojamo tranzistoriaus tipas vadinamas BJT, kuris reiškia bipolinį jungties tranzistorių. Jie yra dviejų pagrindinių konstrukcijų - pnp ir npn, kurie reiškia „teigiamas-neigiamas-teigiamas“ ir „neigiamas-teigiamas-neigiamas“. Transistoriai susideda iš trijų pagrindinių elementų: emiterio, pagrindo ir a kolekcininkas. Sąsajos tarp p ir n tranzistorių dalių vadinamos np jungtimis, o kiekviename tranzistoriuje yra dvi. Jie taip pat vadinami bazės-spinduolio ir bazės-kolektoriaus jungtimis, nes pagrindas sėdi viduryje.
Kas yra aktyvus BJT regionas?
Aktyvus šio tipo tranzistorių regionas nurodo sritį srovės ir įtampa, kurioje įtampa gali būti žymiai padidinta, nekeičiant srovės tranzistoriaus viduje. Regionas prieš tai yra prisotinimo sritis, kurioje srovė staiga kyla didėjant įtampai; regionas, esantis už jo ribų, vadinamas gedimo regionu, kuriame srovė vėl staigiai pakyla esant papildomai įtampai ir viršija grandinės pajėgumą.