A menos que você tenha acabado de pousar aqui em meados do século anterior, é quase certo que já ouviu falar de circuitos integrados, ou ICs. Mas você pode ter ouvido essas construções referidas por um de seus nomes alternativos, como microchip, chip de computador ou mesmo IC lasca. Se você já comprou um laptop ou computador de mesa, provavelmente já viu informações sobre o microprocessador de cada modelo listado com destaque entre os principais recursos da máquina; esses dispositivos operam usando um ou, no máximo, poucos ICs distintos. E se você ainda não ouviu falar de ICs, você certamente fiz uso deles e, neste momento, não seria capaz de navegar em sua vida cotidiana sem seus ajuda. A menos que você esteja lendo essas palavras em uma folha de papel impresso, você está aproveitando os benefícios dos CIs neste exato momento.
Os ICs ajudaram a revolucionar a tecnologia da informação, telecomunicações e outras indústrias, então não é surpreendente que vêm em uma variedade de sabores, cada um adaptado às necessidades específicas de seus aparelhos eletrônicos ambientes. Você não precisa ser versado em eletrônica para entender como esses diferentes tipos de CIs funcionam e apreciar seu valor multifacetado para a sociedade.
O que é um circuito integrado?
Um circuito integrado é um minúsculo - microscópico, na verdade - conjunto de circuitos eletrônicos. Um circuito eletrônico contém uma variedade de peças feitas sob medida para lidar de alguma forma com o fluxo, propagação e retransmissão da eletricidade. Da mesma forma, um sistema de piscinas de água interligadas pode ter canais, portões, tanques de transbordamento, bombas e outros dispositivos para manter o status desejado da matriz em cada um dos pools a qualquer momento, os componentes IC incluem transistores, resistores, capacitores e outros itens que executam essas funções com elétrons em vez de fluidos.
Se você já desmontou um computador, telefone celular ou outro dispositivo eletrônico moderno com capacidade de computação, ou viu um desmontado, provavelmente já viu um CI de perto. Seus vários componentes são fixados em uma superfície consistindo de um material semicondutor (geralmente silício ou principalmente silício). Essa superfície "wafer", que serve como base do CI, é normalmente colorida de verde ou alguma outra tonalidade que facilita a visualização das peças individuais do CI.
Montar um circuito elétrico de peças componentes coletadas de várias fontes é extremamente caro em comparação com a construção de tal circuito de uma só vez, com cada um de seus componentes necessários em mão. (Imagine a diferença de custo entre um carro comprado da maneira usual e um feito com pneus encomendados separadamente, um motor, um sistema de navegação e assim por diante. Pense em um carro comprado em um negócio como um "veículo integrado" no jargão do IC.) A ideia para esses dispositivos surgiu na década de 1950, logo após o advento dos primeiros transistores.
Tipos de circuitos integrados
CIs digitais vêm em uma variedade de subtipos, entre eles CIs programáveis, "chips de memória", CIs lógicos, CIs de gerenciamento de energia e CIs de interface. Seus definir característica de um ponto de vista eletrofísico é que eles operam em um pequeno número de amplitude de sinal especificada níveis. Eles operam usando as chamadas portas lógicas, que são pontos nos quais mudanças na atividade do circuito podem ser introduzidas de forma "sim / não" ou "liga / desliga". Isso é realizado usando o antigo computador em espera, dados binários, que em CIs digitais usam apenas "0" (lógica baixa ou ausente) e "1" (lógica alta ou completa) como valores permitidos.
CIs analógicos operar em uma faixa contínua de sinais em vez de sinais discretos apresentados em CIs digitais. O o conceito de tornar algo "digital" significa essencialmente colocar todas as suas partes em categorias distintas; mesmo se houver muitos deles, como acontece com as cores de pixels individuais em telas de imagens digitais, eles apenas oferecem a aparência de verdadeira continuidade. Embora as pessoas tendam a ouvir "analógico" como "desatualizado" e "digital" como "estado da arte", isso é infundado. Por exemplo, um tipo de IC analógico é o IC de radiofrequência, ou RFIC, que é um elemento crucial das redes sem fio. Outro tipo de IC analógico é o IC linear, assim chamado porque a tensão e a corrente nesses arranjos variam no mesma proporção em toda a gama de sinais que transportam (ou seja, V e I estão relacionados por um multiplicativo constante fator).
CIs analógico-digitais mistos incluem aspectos de ambos os tipos de CIs. Em sistemas que convertem dados analógicos em dados digitais ou vice-versa, você encontrará esses CIs mistos. Todo o conceito de integração de componentes digitais e analógicos no mesmo chip é muito mais recente do que a tecnologia IC em si. Esses ICs são usados em relógios e outros dispositivos de cronometragem também.
Além disso, os ICs podem ser colocados em categorias além da distinção digital versus analógico.
ICs lógicos, que como mencionado usam dados binários (0s e 1s), são usados em sistemas que requerem tomada de decisão. Isso é feito usando "portas" no circuito que permitem ou negam a passagem de um sinal com base em seu valor. Essas portas são montadas de forma que uma determinada combinação de sinais forneça um resultado pretendido específico com base na soma de eventos em várias portas. Quando você considera que o número de combinações diferentes de 0 e 1 em um IC lógico com n portas é 2 elevado à potência de n (2n), você verá rapidamente que esses ICs, embora primorosamente simples em princípio, podem lidar com informações altamente complexas.
Você pode pensar no sinal em um IC lógico como um mouse excepcionalmente inteligente negociando um labirinto. Em cada ponto de ramificação possível, o mouse deve decidir se deve entrar na porta aberta ("0") ou continuar andando ("1"). Nesse esquema, apenas a sequência adequada de valores 0 e 1 resultará em um caminho da entrada do labirinto até sua saída; todas as outras combinações terminarão em becos sem saída dentro das paredes do labirinto.
Comutando ICs fazer amplo uso de transistores, descritos em detalhes posteriormente. Eles são usados apenas como o nome sugere - como partes de interruptores, ou no jargão de circuito, em "operações de comutação". Em uma chave elétrica, a interrupção da corrente ou a introdução de corrente que não estava presente anteriormente pode desencadear uma mudança, que por si só nada mais é do que uma mudança em uma determinada condição que pode levar dois ou mais formulários. Por exemplo, alguns ventiladores elétricos têm configurações baixas, médias e altas. Alguns switches podem participar de mais de um circuito.
Timer ICs são capazes de controlar o tempo decorrido. Um exemplo óbvio é um cronômetro digital, que mostra o tempo explicitamente, mas vários dispositivos devem ser capazes de manter o controle do tempo em segundo plano, mesmo quando não precisa ser exibido para os usuários ou quando a exibição é opcional; um computador comum é um exemplo, embora alguns deles agora dependam da entrada de satélite para monitorar e ajustar o tempo conforme necessário.
CIs amplificadores vêm em dois tipos: áudio e operacional. CIs de áudio são o que torna a música mais alta ou mais suave em um sistema de som sofisticado ou aumenta ou diminui o volume em dispositivos que incorporam som de qualquer tipo, como um aparelho de televisão, smartphone ou pessoal computador. Eles fazem uso de mudanças de voltagem para controlar a saída de som. Os ICs operacionais operam de forma semelhante, pois resultam em amplificação de áudio, mas com os ICs operacionais a entrada e a saída são ambas voltagem, enquanto a entrada dos ICs de áudio é o próprio áudio.
Comparadores faça o que seu nome bastante estranho sugere: eles comparam entradas simultâneas de sinais em vários pontos e determinam um sinal de saída para cada um. As saídas em cada um desses pontos de entrada são então adicionadas de forma adequada para determinar a saída total do circuito. Eles são vagamente semelhantes aos CIs lógicos, mas sem o componente de dados estrito sim / não (binário).
Escalas de Integração
Os tipos de IC podem ser determinados com base em quão integrados eles são, o que é aproximadamente equivalente a quantas peças eles têm no máximo desmontado. (Em teoria, um determinado IC não tem absolutamente nenhum componente extra. Cada um representa o menor sistema capaz de realizar uma dada tarefa eletrônica.) O número de transistores em particular é especialmente conveniente para este propósito.
A integração em pequena escala, antes ocupando lugar de destaque na engenharia aeronáutica, apresenta dezenas de transistores em um único chip IC. A integração em média escala, que começou na década de 1960, consiste em algumas centenas de transistores em um chip, enquanto a integração em grande escala, que começou na década de 1970, inclui milhares. A integração em muito grande escala, um produto da tecnologia ao longo de cerca de 30 anos entre 1980 e 2010, pode ter algumas centenas e até alguns bilhões de transistores no mesmo chip. Na integração em larga escala, o número sempre excede um milhão. Como a tecnologia continuou a se expandir, o mundo IC testemunhou o advento da integração em escala de wafer (WSI), o sistema em um chip (SoC) e o circuito integrado tridimensional (3D-IC).
O que é um código IC?
Se você olhar atentamente para uma placa de circuito, verá uma "palavra" alfanumérica impressa nela. Tem vários nomes, incluindo código IC, número de peça IC ou simplesmente número IC. O código IC fornece informações sobre o fabricante do IC, o tipo de dispositivo para o qual é adequado, a série da qual faz parte (muitos carros também aderem a esta convenção), a temperatura na qual o circuito pode funcionar corretamente, informações de saída e outras dados. Não existe um formato fixo para o código IC em termos de número de caracteres, mas qualquer pessoa familiarizada com eles pode reunir o que precisa saber separando o código em partes diferentes. Isso é facilitado pelo espaçamento incluído entre grupos de letras e números, como é feito com os travessões em um número de previdência social ou número de telefone dos EUA.
Quantos tipos de transistores existem?
Um transistor é usado para aumentar a corrente em um circuito elétrico. O meio pelo qual isso ocorre deve ser abordado em outra discussão, mas o tipo de transistor usado nos ICs é chamado de BJT, que significa transistor de junção bipolar. Eles vêm em duas construções básicas - o pnp e o npn, que significa "positivo-negativo-positivo" e "negativo-positivo-negativo." Os transistores consistem em três elementos principais: um emissor, uma base e um colecionador. As interfaces entre as partes p e n dos transistores são chamadas de junções np e existem duas por transistor. Também são chamadas de junções base-emissor e base-coletor, pois a base fica no meio.
Qual é a região ativa em um BJT?
A região ativa deste tipo de transistor se refere à região em um gráfico de corrente vs. tensão na qual a tensão pode ser aumentada significativamente sem alterar muito a corrente dentro do transistor. A região imediatamente anterior é a região de saturação, na qual a corrente aumenta abruptamente com o aumento da tensão; a região logo além dela é chamada de região de ruptura, na qual a corrente novamente sobe acentuadamente com tensão adicional e excede a capacidade do circuito.