Verschillende soorten geïntegreerde schakelingen | IC-typen

Probeer Ons Instrument Voor Het Oplossen Van Problemen





Elk elektronisch apparaat dat we in ons dagelijks leven gebruiken, zoals mobiele telefoons, laptops, koelkasten, computers, televisies en alle andere elektrische en elektronische apparaten, wordt vervaardigd met enkele eenvoudige of complexe circuits. Elektronische circuits worden gerealiseerd met behulp van meerdere elektrische en elektronische componenten met elkaar verbonden door het verbinden van draden of geleidende draden voor de stroom van elektrische stroom door de meerdere componenten van het circuit, zoals weerstandencondensatoren , smoorspoelen, diodes, transistors, enzovoort. De schakelingen kunnen op basis van verschillende criteria in verschillende typen worden ingedeeld, zoals, op basis van verbindingen: serieschakelingen en parallelle schakelingen op basis van de grootte en het fabricageproces van de schakeling: geïntegreerde schakelingen en discrete schakelingen en, op basis van het signaal dat in de schakeling wordt gebruikt : analoge schakelingen en digitale schakelingen. Dit artikel bespreekt een overzicht van verschillende soorten geïntegreerde schakelingen en hun toepassingen.

Wat is een geïntegreerd circuit?

Geïntegreerde schakeling of IC of microchip of chip is microscopisch elektronisch circuit array gevormd door de fabricage van verschillende elektrische en elektronische componenten (weerstanden, condensatoren, transistors, enzovoort) op een halfgeleidermateriaal (silicium) wafel, die bewerkingen kan uitvoeren die vergelijkbaar zijn met de grote discrete elektronische circuits die zijn gemaakt van discrete elektronische componenten.




Geïntegreerde schakelingen

Geïntegreerde schakelingen

Omdat al deze reeksen componenten, microscopisch kleine schakelingen en de materiaalbasis van halfgeleiderwafels met elkaar zijn geïntegreerd om een ​​enkele chip te vormen, wordt het een geïntegreerde schakeling of geïntegreerde chip of microchip genoemd.



Elektronische schakelingen worden ontwikkeld met behulp van individuele of discrete elektronische componenten met verschillende afmetingen, zodat de kosten en omvang van deze discrete schakelingen toenemen met het aantal componenten dat in de schakeling wordt gebruikt. Om dit negatieve aspect te overwinnen, werd de geïntegreerde schakelingstechnologie ontwikkeld - Jack Kilby van Texas Instruments ontwikkelde de eerste IC of geïntegreerde schakeling in de jaren 1950, en daarna loste Robert Noyce van Fairchild Semiconductor enkele praktische problemen van deze geïntegreerde schakeling op.

Geschiedenis van geïntegreerde schakelingen

De geschiedenis van geïntegreerde schakelingen is begonnen met Solid State-apparaten. De uitvinding van de eerste vacuümbuis werd gedaan door John Ambrose (J.A) Fleming in het jaar 1897, een zogenaamde vacuümdiode. Voor motoren vond hij de linkerhandregel uit. Daarna werd in 1906 een nieuw vacuüm uitgevonden, namelijk Triode, en het wordt gebruikt voor versterking.

Daarna werd de transistor uitgevonden bij Bell Labs in het jaar 1947 om de vacuümbuizen te vervangen, gedeeltelijk omdat transistors kleine componenten zijn die minder stroom verbruiken om te werken. Verschillende circuits zijn ontworpen met behulp van discrete componenten die door elkaar heen zijn gescheiden en op de printplaten zijn gerangschikt door ze met de handen te besturen, ook wel niet-geïntegreerde circuits genoemd. Deze IC's verbruiken veel stroom en ruimte en hun output is niet zo soepel.


In 1959 werd Integrated Circuit ontwikkeld, waarbij verschillende elektronische en elektrische componenten op een enkele siliciumwafel werden vervaardigd. Geïntegreerde schakelingen gebruiken een laag vermogen om te werken en zorgen voor een soepele output. Verder kan de verbetering van transistors over een geïntegreerde schakeling ook worden vergroot.

Geïntegreerde circuitevolutie van verschillende technologieën

De classificatie van IC's kan worden gedaan op basis van de afmetingen van de chip en integratieschaal. Hier specificeert een integratieschaal het aantal elektronische componenten dat in een typisch geïntegreerd circuit is geplaatst.
Van 1961 tot 1965 werd kleinschalige integratie (SSI) -technologie gebruikt om 10 tot 100 transistors op een enkele chip te fabriceren om flip-flops en logische poorten te maken.

Van 1966 tot 1970 werd medium-scale integratie (MSI) technologie gebruikt om 100 tot 1000 transistors op een enkele chip te fabriceren om multiplexers, decoders en tellers te maken.

Van 1971 tot 1979 werd grootschalige integratietechnologie (LSI) gebruikt om 1000 tot 20000 transistors op een enkele chip te fabriceren om RAM, microprocessor, ROM te maken

Van 1980 tot 1984 werd zeer grootschalige integratie (VLSI) -technologie gebruikt om 20.000 tot 50.000 transistors op een enkele chip te fabriceren om RISC-microprocessors, DSP's en mi16-bit en 32-bit microprocessors te maken.

Van 1985 tot nu werd ULSI-technologie (Ultra Large Scale Integration) gebruikt om 50000 tot miljarden transistors op een enkele chip te fabriceren om 64-bits microprocessors te maken.

Beperkingen van verschillende soorten geïntegreerde schakelingen

De beperking van verschillende soorten IC's omvat het volgende.

  • Het vermogen is beperkt
  • Het werkt op laagspanning
  • Het genereert geluid tijdens het gebruik
  • Een hoge score van PNP is niet waarschijnlijk
  • De componenten zijn spanningsafhankelijk, zoals weerstanden en condensatoren
  • Het is delicaat
  • Fabricage van een IC met een laag geluidsniveau is moeilijk
  • De temperatuurcoëfficiënt is moeilijk te bereiken.
  • Montage van hoogwaardige PNP is niet haalbaar.
  • In IC kan elke com
  • In een IC kunnen verschillende componenten niet worden vervangen, verwijderd, dus als een onderdeel binnen een IC beschadigd raakt, moet het volledige IC vervangen worden door de nieuwe.
  • Het vermogen is beperkt omdat de fabricage van IC's met een vermogen van meer dan 10 Watt niet mogelijk is

Verschillende soorten geïntegreerde schakelingen

Er zijn verschillende soorten IC-classificatie van geïntegreerde schakelingen op basis van verschillende criteria. Enkele soorten IC's in een systeem worden in de onderstaande afbeelding weergegeven met hun namen in een boomstructuur.

Verschillende soorten IC

Verschillende soorten ICS

Op basis van de beoogde toepassing wordt de IC geclassificeerd als analoge geïntegreerde schakelingen, digitale geïntegreerde schakelingen en gemengde geïntegreerde schakelingen.

Digitale geïntegreerde schakelingen

De geïntegreerde schakelingen die alleen op een paar gedefinieerde niveaus werken in plaats van algemene niveaus van signaalamplitude te bedienen, worden digitale IC's genoemd en deze zijn ontworpen met behulp van meerdere aantallen digitale logische poorten , multiplexers, flip-flops en andere elektronische componenten van schakelingen. Deze logische poorten werken met binaire invoergegevens of digitale invoergegevens, zoals 0 (laag of onwaar of logisch 0) en 1 (hoog of waar of logisch 1).

Digitale geïntegreerde schakelingen

Digitale geïntegreerde schakelingen

De bovenstaande afbeelding toont de stappen die nodig zijn bij het ontwerpen van typische digitale geïntegreerde schakelingen. Deze digitale IC's worden veel gebruikt in computers, microprocessoren , digitale signaalprocessors, computernetwerken en frequentietellers. Er zijn verschillende soorten digitale IC's of typen digitale geïntegreerde schakelingen, zoals programmeerbare IC's, geheugenchips, logische IC's, stroombeheer-IC's en interface-IC's.

Analoge geïntegreerde schakelingen

De geïntegreerde schakelingen die over een continu signaalbereik werken, worden analoge IC's genoemd. Deze zijn onderverdeeld in lineaire geïntegreerde schakelingen (lineaire IC's) en Radiofrequentie Geïntegreerde schakelingen (RF IC's). In feite kan de relatie tussen de spanning en stroom in sommige gevallen niet-lineair zijn over een groot bereik van het continue analoge signaal.

Analoge geïntegreerde schakelingen

Analoge geïntegreerde schakelingen

Het veelgebruikte analoge IC is een operationele versterker of simpelweg een op-amp genoemd, vergelijkbaar met de differentiële versterker, maar heeft een zeer hoge spanningsversterking. Het bestaat uit een zeer klein aantal transistors in vergelijking met de digitale IC's, en voor het ontwikkelen van analoge toepassingsspecifieke geïntegreerde schakelingen (analoge ASIC's) worden geautomatiseerde simulatietools gebruikt.

Lineaire geïntegreerde schakelingen

Als in een analoge geïntegreerde schakeling een lineair verband bestaat tussen zowel de spanning als de stroom, dan staat dit bekend als lineaire IC. Het beste voorbeeld van deze lineaire IC is. 741 IC, is een 8-pins DIP (Dual In-line Package) op-amp,

Radiofrequentie geïntegreerde schakelingen

In analoge IC's, als er een niet-lineaire relatie tussen de spanning en stroom bestaat, worden dit radiofrequentie-IC's genoemd. Dit soort IC wordt ook wel een geïntegreerde schakeling met radiofrequentie genoemd.

Gemengde geïntegreerde schakelingen

De geïntegreerde schakelingen die worden verkregen door de combinatie van analoge en digitale IC's op een enkele chip, worden Mixed IC's genoemd. Deze IC's functioneren als digitaal naar analoog converters, Analoog naar digitaal converters (D / A- en A / D-converters) en klok / timing-IC's. Het circuit dat in de bovenstaande afbeelding wordt weergegeven, is een voorbeeld van het gemengde geïntegreerde circuit, dat een foto is van de 8 tot 18 GHz zelfherstellende radarontvanger.

Gemengde geïntegreerde schakelingen

Gemengde geïntegreerde schakelingen

Deze systemen-op-een-chip met gemengd signaal is het resultaat van de vooruitgang in de integratietechnologie die de integratie van digitale, meerdere analogen en RF-functies op een enkele chip mogelijk maakte.

Algemene soorten geïntegreerde schakelingen (IC's) zijn onder meer:

Logische schakelingen

Deze IC's zijn ontworpen met behulp van logische poorten, die werken met binaire invoer en uitvoer (0 of 1). Deze worden meestal gebruikt als besluitvormers. Gebaseerd op de logische of waarheidstabel van de logische poorten, geven alle logische poorten die in de IC zijn aangesloten een output op basis van het circuit dat in de IC is aangesloten, zodat deze output wordt gebruikt voor het uitvoeren van een specifieke beoogde taak. Enkele logische IC's worden hieronder getoond.

Logische schakelingen

Logische schakelingen

Vergelijkers

De comparator-IC's worden gebruikt als comparatoren voor het vergelijken van de ingangen en vervolgens om een ​​uitvoer te produceren op basis van de vergelijking van de IC's.

Vergelijkers

Vergelijkers

Schakelen tussen IC's

Schakelaars of schakel-IC's zijn ontworpen met behulp van de transistors en worden gebruikt voor het uitvoeren van de schakelhandelingen ​De bovenstaande afbeelding is een voorbeeld van een SPDT IC-schakelaar.

Schakelen tussen IC

Schakelen tussen IC's

Audioversterkers

De audio versterkers zijn een van de vele soorten IC's die worden gebruikt voor de versterking van de audio. Deze worden over het algemeen gebruikt in audioluidsprekers, televisiecircuits, enzovoort. De bovenstaande schakeling toont de laagspanningsaudioversterker-IC.

Audio versterkers

Audio versterkers

CMOS geïntegreerde schakeling

CMOS-geïntegreerde schakelingen worden extreem gebruikt in verschillende toepassingen in vergelijking met FET's vanwege hun mogelijkheden zoals lagere drempelspanning en laag stroomverbruik. Een CMOS-IC omvat P-MOS- en N-MOS-apparaten die gezamenlijk op een vergelijkbare chip worden vervaardigd. De structuur van dit IC is een Polysilicium-poort die helpt om de drempelspanning van het apparaat te verlagen, waardoor het proces op laagspanningsniveaus mogelijk is.

Spanningsregelaar IC's

Dit soort geïntegreerde schakeling biedt een stabiele DC-uitgang ondanks de veranderingen in de DC-ingang. De meest gebruikte type regelaars zijn LM309, uA723, LM105 & 78XX IC's.

Operationele versterkers

De operationele versterkers zijn veelgebruikte IC's, vergelijkbaar met de audioversterkers die worden gebruikt voor de audioversterking. Deze op-amps worden gebruikt voor versterkingsdoeleinden en deze IC's werken op dezelfde manier als de transistor versterkercircuits. De pinconfiguratie van de 741 op-amp IC wordt weergegeven in de bovenstaande afbeelding.

Operationele versterkers

Operationele versterkers

Timer-IC's

Timers zijn speciale geïntegreerde schakelingen die worden gebruikt om te tellen en om de tijd bij te houden in beoogde toepassingen. Het blokschema van het interne circuit van de LM555 timer IC wordt getoond in het bovenstaande circuit. Op basis van het aantal gebruikte componenten (meestal gebaseerd op het aantal gebruikte transistors), zijn ze als volgt

Timer-IC

Timer-IC's

Kleinschalige integratie bestaat uit slechts een paar transistors (tientallen transistors op een chip), deze IC's speelden een cruciale rol in vroege lucht- en ruimtevaartprojecten.

Integratie op middelgrote schaal bestaat uit enkele honderden transistors op de IC-chip die in de jaren zestig werd ontwikkeld en die een betere economie en voordelen behaalde in vergelijking met de SSI IC's.

Grootschalige integratie bestaat uit duizenden transistors op de chip met bijna hetzelfde rendement als middelgrote integratie-IC's. De eerste microprocessor, rekenmachinechips en RAM's van 1 Kbit die in de jaren zeventig werden ontwikkeld, hadden minder dan vierduizend transistors.

Integratie op zeer grote schaal bestaat uit transistors van honderden tot enkele miljarden in aantal. (ontwikkelingsperiode: van de jaren 80 tot 2009)

Ultra grootschalige integratie bestaat uit meer dan een miljoen transistors, en later werden waferschaalintegratie (WSI), systeem op een chip (SoC) en driedimensionale geïntegreerde schakeling (3D-IC) ontwikkeld.

Al deze kunnen worden behandeld als generaties van geïntegreerde technologie. IC's worden ook geclassificeerd op basis van het fabricageproces en de verpakkingstechnologie. Er zijn talloze soorten IC's, waaronder een IC die zal functioneren als een timer, teller, registreren , versterker, oscillator, logische poort, opteller, microprocessor, enzovoort.

Typen geïntegreerde schakelingen op basis van klassen

Geïntegreerde schakelingen zijn beschikbaar in drie klassen op basis van de technieken die tijdens de fabricage zijn gebruikt.

  • Dunne en dikke film-IC's
  • Monolithische IC's
  • Hybride of multi-chip IC's

Dunne en dikke IC's

In dit soort geïntegreerde schakelingen worden passieve componenten zoals condensatoren en weerstanden gebruikt, maar de transistors en diodes zijn als afzonderlijke componenten verbonden om een ​​circuit te ontwerpen. Deze IC's zijn simpelweg de combinatie van zowel geïntegreerde als afzonderlijke componenten en deze IC's hebben verwante kenmerken en uiterlijk, afgezien van de manier van filmafzetting. Vanuit ICS kan de dunne ICs-filmafzetting worden bepaald.

Deze IC's zijn ontworpen door films van geleidend materiaal af te zetten op het oppervlak van glas, anders op een keramische standaard. Door de dikte van de films op de materialen te veranderen, zal de soortelijke weerstand verschillen en kunnen passieve elektronische componenten worden vervaardigd.

In dit type geïntegreerde schakeling wordt de zijdedrukmethode gebruikt om het vereiste model van de schakeling op een keramisch substraat te maken. Soms worden dit soort IC's gedrukte dunne-film-IC's genoemd.

Monolithische IC's

In dit soort geïntegreerde schakelingen kunnen de onderlinge verbindingen van de actieve, passieve en discrete componenten op een siliciumchip worden gevormd. Zoals de naam suggereert, is het afgeleid van het Griekse woord zoals mono is niets anders dan enkel, terwijl Lithos steen betekent. Momenteel worden deze IC's het meest gebruikt vanwege de lagere kosten en vanwege de betrouwbaarheid. De IC's die commercieel worden vervaardigd, worden gebruikt als spanningsregelaars, versterkers, computercircuits en AM-ontvangers. De isolatie tussen de monolithische IC-componenten is echter slecht, maar heeft ook minder vermogen,

Dual-in-line pakket (DIP) IC

Een DIP (een dual in-line pakket) of DIPP (dual in-line pin-pakket) is een elektronisch componentenpakket in termen van micro-elektronica of elektronica met een rechthoekig bord en twee parallelle rijen met elektrische verbindingspennen.

Hybride of multi-chip IC's

Zoals de naam al doet vermoeden, betekent multi boven één individuele chip die met elkaar is verbonden. De actieve componenten zoals diodes of diffuse transistors omvatten deze IC's, terwijl de passieve componenten de diffuse condensatoren of weerstanden op een enkele chip zijn. De verbinding van deze componenten kan worden gedaan door middel van gemetalliseerde prototypes. Multi-chip geïntegreerde schakelingen worden op grote schaal gebruikt voor de toepassingen van krachtige versterkers van 5W tot 50W. In vergelijking met monolithische geïntegreerde schakelingen zijn de prestaties van hybride IC's superieur.

Soorten IC-pakketten

De IC-pakketten zijn onderverdeeld in twee typen, zoals Through-Hole Mount & Surface Mount Packaging.

Pakketten voor doorlopende montage

Het ontwerp hiervan kan worden gedaan waar de loden pinnen door één kant van het bord worden bevestigd en aan de andere kant worden gesmold. In vergelijking met andere soorten is de maat van deze pakketten groter. Deze worden voornamelijk gebruikt in elektronische apparaten om de bordruimte en kostenlimieten in evenwicht te brengen. Het beste voorbeeld van doorlopende montagepakketten zijn Dual inline-pakketten, omdat dit de meest gebruikte zijn. Deze pakketten zijn verkrijgbaar in twee soorten, zoals keramiek en plastic.

In ATmega328 bevinden de 28-pins zich parallel aan elkaar door verticaal uit te breiden en op een rechthoekig bord van zwart plastic te leggen. De ruimte tussen de pinnen wordt gehandhaafd met 0,1 inch. Daarnaast verandert het pakket in grootte vanwege het verschil binnen de nr. van pinnen in verschillende pakketten. De plaatsing van deze pinnen kan zo worden gedaan dat ze op het midden van een breadboard kunnen worden afgesteld zodat kortsluiting niet kan optreden.

De verschillende IC-pakketten voor doorgaande gaten zijn PDIP, DIP, ZIP, PENTAWATT, T7-TO220, TO2205, TO220, TO99, TO92, TO18, TO03.

Surface Mount verpakking

Dit soort verpakking volgt voornamelijk de montagetechniek, anders worden de componenten rechtstreeks op de printplaat gelokaliseerd. Hoewel zijn fabricagemethoden zullen helpen om dingen snel te doen, vergroot het ook de kans op fouten vanwege de kleine componenten en ze zijn zeer dicht bij elkaar gerangschikt. Dit soort verpakking maakt gebruik van kunststof of keramiek. De verschillende soorten op het oppervlak gemonteerde verpakkingen die plastic mallen gebruiken, zijn kleine L-loodverpakkingen en BGA (Ball Grid Array).

De verschillende IC-pakketten voor opbouwmontage zijn SOT23, SOT223, TO252, TO263, DDPAK, SOP, TSOP, TQFP, QFN en BGA.

Voordelen

De voordelen van soorten geïntegreerde schakelingen worden hieronder besproken.

Het stroomverbruik is laag

Geïntegreerde schakelingen gebruiken minder stroom om goed te werken vanwege hun kleinere afmetingen en constructie.

Grootte is compact

Een klein circuit dat IC's gebruikt, kan worden verkregen voor een bepaalde functionaliteit in vergelijking met het discrete circuit.

Minder kosten

In vergelijking met discrete schakelingen zijn geïntegreerde schakelingen goedkoper beschikbaar vanwege hun fabricagetechnologieën en het gebruik van laag materiaal.

Minder gewicht

De schakelingen die geïntegreerde schakelingen gebruiken, zijn minder zwaar in vergelijking met discrete schakelingen

Bedrijfssnelheid is verbeterd

Geïntegreerde schakelingen werken met hoge snelheden vanwege hun schakelsnelheden en een laag stroomverbruik.

Hoge betrouwbaarheid

Zodra het circuit lage verbindingen gebruikt, bieden geïntegreerde circuits een hoge betrouwbaarheid in vergelijking met digitale circuits.

  • De grootte van de IC is klein, maar er kunnen duizenden componenten op deze chip worden gefabriceerd.
  • Door een enkele chip te gebruiken, worden verschillende complexe elektronische schakelingen ontworpen
  • Vanwege de bulkproductie zijn deze tegen lagere kosten verkrijgbaar
  • De werksnelheid is hoog vanwege het ontbreken van een parasitair capaciteitseffect.
  • Vanaf het moedercircuit kan het eenvoudig worden gewijzigd

Nadelen

De nadelen van verschillende soorten geïntegreerde schakelingen omvatten de volgende.

  • De warmte kan niet met een noodzakelijke snelheid worden afgevoerd vanwege de kleine omvang en overloop van stroom kan de IC beschadigen
  • In geïntegreerde schakelingen kunnen de transformatoren, evenals inductoren, niet worden opgenomen
  • Het verwerkt een beperkt vermogen
  • Montage van hoogwaardige PNP is niet haalbaar.
  • Een lage temperatuurcoëfficiënt kan niet worden bereikt
  • Het vermogensdissipatiebereik is maximaal 10 watt
  • Werking met hoge spanning en laag geluidsniveau is niet mogelijk

Dit gaat dus allemaal over een overzicht van verschillende soorten geïntegreerde schakelingen. De conventionele geïntegreerde schakelingen worden in praktisch gebruik verminderd, omdat de uitvinding van de nano-elektronica en de miniaturisatie van IC's hierdoor wordt voortgezet Nano-elektronica-technologie ​De conventionele IC's zijn echter nog niet vervangen door nano-elektronica, maar het gebruik van de conventionele IC's wordt wel gedeeltelijk afgenomen. Om dit artikel technisch te verbeteren, plaatst u uw vragen, ideeën en suggesties als uw opmerkingen in het onderstaande gedeelte.

Fotocredits: