Ja vien tikko šeit nenokļāvāt no iepriekšējā gadsimta vidus, jūs gandrīz noteikti esat dzirdējuši par integrētajām shēmām jeb IC. Bet jūs, iespējams, esat dzirdējis šīs konstrukcijas, uz kurām atsaucas viens no to alternatīvajiem nosaukumiem, piemēram, mikroshēma, datora mikroshēma vai pat IC mikroshēma. Ja esat kādreiz iegādājies klēpjdatoru vai galddatoru, iespējams, redzējāt informāciju par katra modeļa mikroprocesoru, kas redzami redzama kā mašīnas galvenās funkcijas; šīs ierīces darbojas, izmantojot vienu vai maksimāli ļoti maz atšķirīgu IC. Un, ja jūs faktiski neesat dzirdējuši par IC, jūs noteikti izmantojāt tos un šajā brīdī nevarētu orientēties jūsu ikdienas dzīvē bez viņiem palīdzība. Ja vien jūs nelasāt šos vārdus uz drukātas papīra lapas, jūs izbaudāt IC priekšrocības tieši šajā brīdī.
IC ir palīdzējuši revolucionizēt informācijas tehnoloģijas, telekomunikācijas un citas nozares, tāpēc tas nav pārsteidzoši ka viņiem ir dažādas garšas, katra no tām ir pielāgota viņu elektronisko ierīču specializētajām vajadzībām videi. Jums nav labi jāpārzina elektronika, lai saprastu, kā darbojas šie dažāda veida IC, un novērtētu to daudzpusīgo vērtību sabiedrībai.
Kas ir integrētā shēma?
Integrētā shēma ir niecīga - mikroskopiska, patiesībā - elektronisko shēmu masīva. Elektroniskā shēma satur dažādas daļas, kas pielāgotas, lai kaut kādā veidā tiktu galā ar elektroenerģijas plūsmu, izplatīšanos un releju. Tādā pašā veidā savstarpēji savienotu ūdens baseinu sistēmā varētu būt kanāli, vārti, pārplūdes tvertnes, sūkņi un citas ierīces, lai uzturētu vēlamo masīva statusu katrā no baseiniem jebkurā laika posmā IC komponentos ietilpst tranzistori, rezistori, kondensatori un citas ierīces, kas šīs funkcijas veic ar elektroniem, nevis šķidrumi.
Ja esat kādreiz paņēmis datoru, mobilo tālruni vai citu modernu elektronisku ierīci ar skaitļošanas jaudu vai redzējāt to izjauktu, jūs, iespējams, esat redzējis IC tuvu. To dažādās sastāvdaļas ir piestiprinātas uz virsmas, kas sastāv no pusvadītāja materiāla (parasti silīcija vai galvenokārt silīcija). Šī "vafeļu" virsma, kas kalpo kā IC pamatne, parasti ir zaļā krāsā vai kāda cita nokrāsa, kas padara vieglāku atsevišķu IC gabalu vizualizāciju.
Elektriskās ķēdes montāža no sastāvdaļām, kas savāktas no dažādiem avotiem, ir ārkārtīgi dārga, salīdzinot ar šādas ķēdes izveidošanu vienlaikus, ar katru nepieciešamo komponentu roka. (Iedomājieties izmaksu atšķirību starp automašīnu, kas iegādāta parastajā veidā, un automašīnu, kas izgatavota no atsevišķi pasūtītām riepām, dzinēja, navigācijas sistēmas un tā tālāk. Padomājiet par automašīnu, kas nopirkta no darījuma, kā "integrētu transportlīdzekli" IC valodā.) Ideja par šīm ierīcēm radās pagājušā gadsimta 50. gados, neilgi pēc pirmo tranzistoru parādīšanās.
Integrēto shēmu veidi
Digitālās IC ir dažādi apakštipi, tostarp programmējamie IC, "atmiņas mikroshēmas", loģiskie IC, enerģijas pārvaldības IC un interfeisa IC. Viņu no elektrofizikālā viedokļa ir tas, ka tie darbojas ar nelielu norādīto signāla amplitūdu līmeņiem. Tie darbojas, izmantojot tā sauktos loģiskos vārtus, kas ir punkti, kuros ķēdes aktivitātes izmaiņas var ieviest "jā / nē" vai "ieslēgts / izslēgts" veidā. Tas tiek panākts, izmantojot veco datora gaidīšanas režīmu, bināros datus, kas digitālajos IC izmanto tikai "0" (zema vai nav loģiska) un "1" (augsta vai pilnīga loģika) kā pieļaujamās vērtības.
Analogie IC darbojas nepārtrauktā signālu diapazonā, nevis diskrētajos signālos, kas attēloti digitālajos IC. The jēdziens padarīt kaut ko "digitālu" būtībā nozīmē visu tā daļu sadalīšanu dažādās kategorijās; pat ja to ir ļoti daudz, tāpat kā atsevišķu pikseļu krāsās digitālo attēlu displejos, tie piedāvā tikai patiesas nepārtrauktības izskatu. Lai gan cilvēki mēdz dzirdēt "analogo" kā "novecojušu" un "digitālo" kā "vismodernāko", tas nav pamatots. Piemēram, viena veida analogā IC ir radiofrekvenču IC jeb RFIC, kas ir izšķirošs bezvadu tīklu elements. Cits analogā IC veids ir lineārais IC, kas nosaukts tāpēc, ka spriegums un strāva šajos izvietojumos atšķiras tāda pati proporcija visā to nesamo signālu diapazonā (tas ir, V un I ir saistīti ar nemainīgu reizinājumu faktors).
Jaukti analogciparu IC ietver abu veidu IC aspektus. Sistēmās, kas analogos datus pārveido par ciparu datiem vai otrādi, jūs atradīsit šīs jauktās IC. Visa digitālo un analogo komponentu integrēšanas koncepcija vienā mikroshēmā ir daudz jaunāka nekā IC tehnoloģija pati. Šie IC tiek izmantoti arī pulksteņos un citās laika mērīšanas ierīcēs.
Turklāt IC var iedalīt kategorijās, izņemot atšķirību starp digitālo un analogo.
Loģiskās IC, kas, kā minēts, izmanto bināros datus (0s un 1s), tiek izmantoti sistēmās, kurām nepieciešama lēmumu pieņemšana. Tas tiek darīts, izmantojot ķēdē "vārti", kas vai nu atļauj, vai arī liedz signāla pāreju, pamatojoties uz tā vērtību. Šie vārti ir samontēti tā, lai dota signālu kombinācija sniegtu konkrētu, paredzētu rezultātu, pamatojoties uz notikumu summēšanu pie vairākiem vārtiem. Ja ņem vērā, ka dažādu 0 un 1 kombināciju skaits loģiskajā IC ar n vārtiem ir 2, tiek palielināts līdz n (2n), jūs ātri redzat, ka šie IC, kaut arī principā ir ļoti vienkārši, spēj apstrādāt ļoti sarežģītu informāciju.
Jūs varat iedomāties signālu loģiskajā IC kā neparasti gudru peli, kas ved sarunas par labirintu. Visos iespējamos atzarošanas punktos pelei jāizlemj, vai ieiet atvērtajās durvīs ("0") vai turpināt staigāt ("1"). Šajā shēmā tikai pareiza 0 un 1 vērtību secība novedīs pie ceļa no labirinta ieejas līdz tā izejai; visas pārējās kombinācijas beigsies strupceļā labirinta sienās.
IC pārslēgšana plaši izmantot tranzistorus, kas sīkāk aprakstīti vēlāk. Tie tiek izmantoti tieši tā, kā norāda viņu nosaukums - kā slēdžu daļas vai ķēdes valodā runājot, "komutācijas darbībās". Elektriskajā slēdzī strāvas pārtraukums vai strāvas ievadīšana, kuras iepriekš nebija, var izraisīt slēdzi, kas pats par sevi ir nekas cits kā izmaiņas noteiktā stāvoklī, kas var ilgt divus vai vairāk formas. Piemēram, dažiem elektriskajiem ventilatoriem ir zems, vidējs un augsts iestatījums. Daži slēdži var piedalīties vairāk nekā vienā ķēdē.
Taimera IC spēj izsekot pagājušajam laikam. Acīmredzams piemērs ir digitālais hronometrs, kas skaidri parāda laiku, bet jāspēj dažādām ierīcēm sekojiet laikam fonā pat tad, ja tas nav jāparāda lietotājiem vai kad displejs ir neobligāti; ikdienas dators ir viens no piemēriem, lai gan daži no tiem tagad paļaujas uz satelīta ieeju, lai uzraudzītu un pēc vajadzības pielāgotu laiku.
Pastiprinātāju IC ir divu veidu: audio un operatīvie. Audio IC ir tas, kas padara mūziku skaļāku vai mīkstāku iedomātā skaņas sistēmā vai palielina vai samazina skaļums ierīcēs, kas ietver jebkāda veida skaņu, piemēram, televizors, viedtālrunis vai personiskais dators. Tie izmanto sprieguma izmaiņas, lai kontrolētu skaņas izvadi. Darbības mikroshēmas darbojas līdzīgi, jo to rezultātā tiek pastiprināta skaņa, taču ar operatīvajiem IC gan ieeja, gan izeja ir spriegums, turpretī audio mikroshēmu ieeja ir pati audio.
Salīdzinātāji dariet to, uz ko norāda viņu diezgan neērtais nosaukums: viņi salīdzina signālu vienlaicīgu ievadi vairākos punktos un katram nosaka izejas signālu. Pēc tam katrā no šiem ieejas punktiem izvadi tiek pievienoti piemērotā veidā, lai noteiktu ķēdes kopējo izvadi. Tie ir brīvi līdzīgi loģiskajiem IC, bet bez stingra jā / nē (binārā) datu komponenta.
Integrācijas skalas
IC tipus var noteikt, pamatojoties uz to, cik tie ir integrēti, kas ir aptuveni līdzvērtīgs tam, cik daudz daļu viņiem ir atdalīts. (Teorētiski attiecīgajam IC nav absolūti nekādu papildu komponentu. Katrs no tiem ir mazākā sistēma, kas spēj veikt noteiktu elektronisko uzdevumu.) Īpaši ērts šim nolūkam ir tranzistoru skaits.
Maza mēroga integrācija, kas reiz bija nozīmīga aeronautikas inženierijā, vienā IC mikroshēmā satur desmitiem tranzistoru. Vidēja mēroga integrācija, kas sākās 1960. gados, sastāv no dažiem simtiem tranzistoru vienā mikroshēmā, savukārt liela mēroga integrācija, kas sākās 20. gadsimta 70. gados, ietver tūkstošus. Ļoti liela mēroga integrācijai, kas ir tehnoloģiju produkts apmēram 30 gadus no aptuveni 1980. līdz 2010. gadam, vienā mikroshēmā var būt tikai daži simti un līdz pat miljardiem tranzistoru. Īpaši liela mēroga integrācijā to skaits vienmēr pārsniedz miljonu. Tā kā tehnoloģija turpina paplašināties, IC pasaule ir piedzīvojusi vafeļu mēroga integrācijas (WSI), sistēmas mikroshēmā (SoC) un trīsdimensiju integrētās shēmas (3D-IC) parādīšanos.
Kas ir IC kods?
Uzmanīgi ieskatoties shēmas plates, jūs redzēsiet tur iespiestu burtciparu "vārdu". Tas notiek ar dažādiem nosaukumiem, ieskaitot IC kodu, IC daļas numuru vai vienkārši IC numuru. IC kods sniedz informāciju par mikroshēmas ražotāju, ierīces veidu, kuram tā ir piemērota, sērijām, kurās tā ietilpst (daudzi automašīnas ievēro arī šo konvenciju), temperatūra, kurā ķēde var pareizi darboties, informācija un cita informācija dati. Rakstzīmju skaita ziņā nav fiksēta IC koda formāta, taču ikviens, kas ar tiem zina, var salikt kopā to, kas viņiem jāzina, sadalot kodu dažādās daļās. To atvieglo atstarpes iekļaušana starp burtu un ciparu grupām, kā tas tiek darīts ar domuzīmēm ASV sociālās apdrošināšanas numurā vai tālruņa numurā.
Cik daudz tranzistoru ir?
Lai palielinātu strāvu elektriskajā ķēdē, tiek izmantots tranzistors. Līdzekļi, ar kuriem tas notiek, ir jāaplūko citā diskusijā, bet IC izmantotais tranzistors tiek saukts par BJT, kas nozīmē bipolārā savienojuma tranzistoru. Tie ir divos pamatkonstrukcijās - pnp un npn, kas nozīmē "pozitīvi-negatīvi-pozitīvi" un "negatīvs-pozitīvs-negatīvs". Transistori sastāv no trim galvenajiem elementiem: izstarotāja, pamatnes un a kolekcionārs. Saskarnes starp tranzistoru p un n daļām sauc par np savienojumiem, un katrā tranzistorā ir divas. Tos sauc arī par bāzes-izstarotāja un bāzes-kolektora savienojumiem, jo pamatne atrodas vidū.
Kas ir BJT aktīvais reģions?
Šāda veida tranzistora aktīvais reģions attiecas uz reģionu strāvas grafikā vs. spriegums, kurā spriegumu var ievērojami palielināt, nemainot strāvu daudz tranzistora iekšpusē. Reģions tieši pirms tam ir piesātinājuma reģions, kurā strāva strauji pieaug, pieaugot spriegumam; reģionu, kas atrodas tieši aiz tā, sauc par sadalījuma reģionu, kurā strāva atkal strauji palielinās ar papildu spriegumu un pārsniedz ķēdes jaudu.