Cep telefonu, dizüstü bilgisayar, buzdolabı, bilgisayar, televizyon gibi günlük hayatımızda kullandığımız her elektronik cihaz ve diğer tüm elektrikli ve elektronik cihazlar bazı basit veya karmaşık devreler ile üretilmektedir. Elektronik devreler birden çok elektrik ve elektronik bileşenler devrenin birden çok bileşeninden elektrik akımı akışı için kablolar bağlayarak veya iletken tellerle birbirine bağlanır, örneğin dirençler , kapasitörler , indüktörler, diyotlar, transistörler vb. Devreler, bağlantılara dayalı olarak farklı kriterlere göre farklı türlerde sınıflandırılabilir: devrenin boyutuna ve üretim sürecine göre seri devreler ve paralel devreler: entegre devreler ve ayrık devreler ve devrede kullanılan sinyale göre : analog devreler ve dijital devreler. Bu makale, farklı entegre devrelere ve bunların uygulamalarına genel bir bakışı tartışır.

Entegre Devre nedir?

Entegre devre veya IC veya mikroçip veya yonga mikroskobiktir elektronik devre çeşitli elektriksel ve elektronik bileşenlerin (dirençler, kapasitörler, transistörler vb.) yarı iletken malzeme (silikon) yonga plakası, ayrı elektronik bileşenlerden yapılmış büyük ayrı elektronik devrelere benzer işlemler gerçekleştirebilir.

Entegre devreler

Tüm bu bileşen dizileri, mikroskobik devreler ve yarı iletken gofret malzemesi tabanı tek bir yonga oluşturmak için birlikte entegre edildiğinden, buna entegre devre veya entegre yonga veya mikroçip denir.

Elektronik devreler, farklı boyutlara sahip ayrı ayrı veya ayrı elektronik bileşenler kullanılarak geliştirilir, öyle ki bu ayrı devrelerin maliyeti ve boyutu devrede kullanılan bileşenlerin sayısı ile artar. Bu olumsuz yönün üstesinden gelmek için entegre devre teknolojisi geliştirildi - Texas Instruments'tan Jack Kilby, 1950'lerde ilk IC'yi veya entegre devreyi geliştirdi ve daha sonra, Fairchild Semiconductor'dan Robert Noyce bu entegre devrenin bazı pratik sorunlarını çözdü.

Entegre Devrelerin Tarihçesi

Entegre devrelerin Tarihçesi Katı hal cihazlarıyla başladı. İlk vakum tüpünün icadı John Ambrose (J.A) Fleming tarafından 1897 yılında vakum diyot olarak adlandırıldı. Motorlar için sol el kuralını icat etti. Bundan sonra 1906 yılında Triode adında yeni bir vakum icat edildi ve amplifikasyon için kullanıldı.

Bundan sonra, transistörler çalışmak için daha az güç kullanan küçük bileşenler olduğundan, transistör, 1947 yılında, vakum tüplerini kısmen değiştirmek için Bell Laboratuvarlarında icat edildi. Entegre olmayan devreler olarak bilinen ellerle kontrol edilerek baskılı devre kartlarının üzerine yerleştirildiği gibi, birbirlerinden ayrılarak ayrı bileşenler kullanılarak farklı devreler tasarlandı. Bu IC'ler çok fazla güç ve alan tüketir ve çıktıları o kadar düzgün değildir.

1959'da, çeşitli elektronik ve elektrik bileşenlerinin tek bir silikon plaka üzerinde üretildiği Entegre Devre geliştirildi. Entegre devreler, sorunsuz çıktı sağlamak için olduğu kadar çalışmak için de düşük güç kullanır. Ayrıca, entegre bir devre üzerinden transistörlerin geliştirilmesi de artırılabilir.

Farklı Teknolojilerden Entegre Devre Gelişimi

IC'lerin sınıflandırılması, çip boyutlarına ve entegrasyon ölçeğine göre yapılabilir. Burada, bir entegrasyon ölçeği, tipik bir Entegre Devreye yerleştirilen elektronik bileşenlerin sayısını belirtir.
1961'den 1965'e kadar küçük ölçekli entegrasyon (SSI) teknolojisi, flip floplar ve mantık kapıları yapmak için tek bir çip üzerinde 10 ila 100 transistör üretmek için kullanıldı.

1966'dan 1970'e kadar, orta ölçekli entegrasyon (MSI) teknolojisi, çoklayıcılar, kod çözücüler ve sayaçlar yapmak için tek bir yonga üzerinde 100 ila 1000 transistör üretmek için kullanıldı.

1971'den 1979'a kadar, RAM, mikroişlemci, ROM yapmak için tek bir yongada 1000 ila 20000 transistör üretmek için büyük ölçekli entegrasyon teknolojisi (LSI) kullanıldı.

1980'den 1984'e kadar, çok büyük ölçekli entegrasyon (VLSI) teknolojisi, RISC mikroişlemcileri, DSP'ler ve mi16-bit ve 32-bit mikroişlemciler yapmak için tek bir yonga üzerinde 20000 ila 50000 transistör üretmek için kullanıldı.

1985'ten günümüze, ultra büyük ölçekli entegrasyon (ULSI) teknolojisi, 64 bit mikroişlemciler yapmak için tek bir çip üzerinde 50000 ila milyarlarca transistör üretmek için kullanıldı.

Farklı Entegre Devrelerin Sınırlamaları

Farklı IC türlerinin sınırlandırılması aşağıdakileri içerir.

“rgb ledler nasıl çalışır ”

Güç derecesi sınırlıdır
Düşük voltajda çalışır
Çalışırken gürültü çıkarır
Yüksek bir PNP derecesi olası değildir
Bileşenleri, dirençler ve kapasitörler gibi voltaja bağımlıdır
Narin
Düşük gürültü ile bir IC'nin imalatı zordur
Sıcaklık katsayısına ulaşmak zordur.
Yüksek dereceli PNP'nin montajı mümkün değildir.
IC'de, herhangi bir com
Bir IC'de, farklı bileşenler değiştirilemez, çıkarılamaz, bu nedenle, bir IC içindeki herhangi bir bileşen hasar görürse, tüm IC'nin yenisiyle değiştirilmesi gerekir.
Güç derecesi sınırlıdır çünkü 10 Watt'ın üzerindeki IC'lerin üretimi mümkün değildir

Farklı Entegre Devre Türleri

Entegre Devrelerin farklı tipte IC sınıflandırması çeşitli kriterlere göre yapılır. Bir sistemdeki birkaç IC türü, aşağıdaki şekilde adlarıyla birlikte ağaç biçiminde gösterilmektedir.

Farklı ICS Türleri

Amaçlanan uygulamaya bağlı olarak IC, analog entegre devreler, dijital entegre devreler ve karışık entegre devreler olarak sınıflandırılır.

Dijital Tümleşik Devreler

Genel sinyal genliği seviyelerini çalıştırmak yerine sadece birkaç tanımlı seviyede çalışan entegre devrelere Dijital IC'ler denir ve bunlar birden fazla sayıda kullanılarak tasarlanmıştır. dijital mantık kapıları , çoklayıcılar, parmak arası terlikler ve devrelerin diğer elektronik bileşenleri. Bu mantık geçitleri, 0 (düşük veya yanlış veya mantık 0) ve 1 (yüksek veya doğru veya mantık 1) gibi ikili giriş verileri veya dijital giriş verileriyle çalışır.

Dijital Tümleşik Devreler

Yukarıdaki şekil, tipik dijital entegre devrelerin tasarlanmasıyla ilgili adımları gösterir. Bu dijital IC'ler bilgisayarlarda sıklıkla kullanılmaktadır, mikroişlemciler , dijital sinyal işlemcileri, bilgisayar ağları ve frekans sayaçları. Programlanabilir IC'ler, bellek yongaları, mantık IC'leri, güç yönetimi IC'leri ve arabirim IC'leri gibi farklı dijital IC türleri veya dijital tümleşik devreler türleri vardır.

Analog Tümleşik Devreler

Sürekli bir sinyal aralığı üzerinde çalışan entegre devrelere Analog IC'ler denir. Bunlar, doğrusal Tümleşik Devrelere (Doğrusal IC'ler) ve Radyo frekansı Entegre Devreler (RF IC'ler). Aslında, gerilim ve akım arasındaki ilişki, sürekli analog sinyalin uzun bir aralığı boyunca bazı durumlarda doğrusal olmayabilir.

Analog Tümleşik Devreler

Sık kullanılan analog IC, işlemsel bir amplifikatördür veya basitçe bir op-amp olarak adlandırılır, diferansiyel amplifikatöre benzer, ancak çok yüksek bir voltaj kazancına sahiptir. Dijital IC'lere kıyasla çok daha az sayıda transistörden oluşur ve analog uygulamaya özel entegre devreler (analog ASIC'ler) geliştirmek için bilgisayarlı simülasyon araçları kullanılır.

Doğrusal Tümleşik Devreler

Analog bir entegre devrede, akımın yanı sıra voltajı arasında da doğrusal bir ilişki varsa, doğrusal IC olarak bilinir. Bu lineer IC'nin en iyi örneği 741 IC'dir, 8 pinli DIP (Dual In-line Package) op-amp,

Radyo Frekansı Entegre Devreler

Analog IC'de, voltajı ve akımı arasında doğrusal olmayan bir ilişki varsa, buna radyofrekans IC'leri denir. Bu tür IC, radyo frekansı entegre devresi olarak da bilinir.

Karışık Tümleşik Devreler

Analog ve dijital IC'lerin tek bir çip üzerinde birleştirilmesiyle elde edilen entegre devrelere Karma IC'ler denir. Bu IC'ler, Dijitalden Analog dönüştürücüler olarak işlev görür, Analogdan Dijitale dönüştürücüler (D / A ve A / D dönüştürücüler) ve saat / zamanlama IC'leri. Yukarıdaki şekilde gösterilen devre, 8 ila 18 GHz kendi kendini iyileştiren radar alıcısının fotoğrafı olan karma entegre devrenin bir örneğidir.

Karışık Tümleşik Devreler

“su deposu seviye göstergesi diy ”

Bu karışık sinyalli Sistemler çip üzerinde dijital, çoklu analoglar ve RF fonksiyonlarının tek bir çip üzerinde entegrasyonunu sağlayan entegrasyon teknolojisindeki gelişmelerin bir sonucudur.

Genel entegre devre türleri (IC'ler) aşağıdakileri içerir:

Mantık Devreleri

Bu IC'ler, ikili giriş ve çıkış (0 veya 1) ile çalışan mantık kapıları kullanılarak tasarlanmıştır. Bunlar çoğunlukla karar vericiler olarak kullanılır. Mantık kapılarının mantık veya doğruluk tablosuna dayalı olarak, IC'ye bağlanan tüm mantık kapıları, bu çıkışın belirli bir amaçlanan görevi gerçekleştirmek için kullanılacağı şekilde, IC içine bağlanan devreye dayalı bir çıktı verir. Aşağıda birkaç mantıksal IC gösterilmektedir.

Mantık Devreleri

Karşılaştırıcılar

Karşılaştırıcı IC'ler, girdileri karşılaştırmak ve ardından IC'lerin karşılaştırmasına dayalı bir çıktı üretmek için karşılaştırıcılar olarak kullanılır.

Karşılaştırıcılar

IC'leri değiştirme

Anahtarlar veya Anahtarlama IC'leri, transistörler kullanılarak tasarlanmıştır ve bunları gerçekleştirmek için kullanılır. anahtarlama işlemleri . Yukarıdaki şekil bir SPDT IC anahtarını gösteren bir örnektir.

IC'leri değiştirme

Ses Yükselteçleri

Ses amplifikatörler sesin yükseltilmesi için kullanılan birçok IC tipinden biridir. Bunlar genellikle ses hoparlörlerinde, televizyon devrelerinde ve benzerlerinde kullanılır. Yukarıdaki devre, düşük voltajlı ses amplifikatörü IC'yi gösterir.

Ses amplifikatörleri

CMOS Entegre Devre

CMOS entegre devreler, daha düşük eşik voltajı, düşük güç tüketimi gibi yeteneklerinden dolayı FET'lere kıyasla farklı uygulamalarda son derece kullanılır. Bir CMOS IC, benzer bir yonga üzerinde ortaklaşa üretilen P-MOS ve N-MOS aygıtlarını içerir. Bu IC'nin yapısı, cihazın eşik voltajını düşürmeye yardımcı olan ve böylece düşük voltaj seviyelerinde işleme izin veren bir Polysilicon geçittir.

Voltaj Regülatörü IC'leri

Bu tür bir entegre devre, DC girişindeki değişikliklere rağmen kararlı bir DC çıkışı sağlar. Yaygın olarak kullanılan tip regülatörler LM309, uA723, LM105 ve 78XX IC'lerdir.

Operasyonel Yükselteçler

operasyonel yükselteçler ses amplifikasyonu için kullanılan ses amplifikatörlerine benzer şekilde sık kullanılan IC'lerdir. Bu op-amp'ler amplifikasyon amacıyla kullanılır ve bu IC'ler, transistör amplifikatör devreleri. 741 op-amp IC'nin pin konfigürasyonu yukarıdaki şekilde gösterilmektedir.

Operasyonel amplifikatörler

Zamanlayıcı IC'leri

Zamanlayıcılar amaçlanan uygulamalarda sayma ve zaman takibi amacıyla kullanılan özel amaçlı entegre devrelerdir. İç devrenin blok şeması LM555 zamanlayıcı IC yukarıdaki devrede gösterilmiştir. Kullanılan bileşenlerin sayısına bağlı olarak (tipik olarak kullanılan transistörlerin sayısına göre), bunlar aşağıdaki gibidir

Zamanlayıcı IC'leri

Küçük Ölçekli Entegrasyon yalnızca birkaç transistörden (bir çip üzerinde onlarca transistör) oluşur, bu IC'ler erken havacılık projelerinde kritik bir rol oynadı.

Orta Ölçekli Entegrasyon 1960'larda geliştirilen IC yongası üzerinde yüzlerce transistörden oluşur ve SSI IC'lerine kıyasla daha iyi ekonomi ve avantajlar elde etti.

Büyük Ölçekli Entegrasyon orta ölçekli entegrasyon IC'leri ile neredeyse aynı ekonomiye sahip çip üzerinde binlerce transistörden oluşur. 1970'lerde geliştirilen ilk mikroişlemci, hesap makinesi yongaları ve 1 Kbit'lik RAM'ler dört binin altında transistöre sahipti.

Çok Büyük Ölçekli Entegrasyon sayıca yüzlerce ila birkaç milyar transistörden oluşur. (Geliştirme dönemi: 1980'lerden 2009'a)

Ultra büyük ölçekli Entegrasyon bir milyondan fazla transistörden oluşur ve daha sonra gofret ölçekli entegrasyon (WSI), bir çip üzerinde sistem (SoC) ve üç boyutlu entegre devre (3D-IC) geliştirilmiştir.

Bütün bunlar, entegre teknoloji kuşakları olarak ele alınabilir. IC'ler ayrıca imalat süreci ve paketleme teknolojisine göre sınıflandırılır. Bir IC'nin bir zamanlayıcı, sayaç olarak çalışacağı çok sayıda IC türü vardır. Kayıt ol , amplifikatör, osilatör, mantık kapısı, toplayıcı, mikroişlemci vb.

Sınıflara Göre Entegre Devre Türleri

Entegre devreler, onları üretirken kullanılan tekniklere göre üç sınıfta mevcuttur.

İnce ve kalın film IC'ler
Monolitik IC'ler
Hibrit veya çok çipli IC'ler

İnce ve Kalın IC'ler

Bu tür entegre devrelerde, kapasitörler ve dirençler gibi pasif bileşenler kullanılır, ancak transistörler ve diyotlar bir devre tasarlamak için ayrı bileşenler gibi bağlanır. Bu IC'ler, basitçe entegre ve ayrı bileşenlerin birleşimidir ve bu IC'ler, film biriktirme yönteminden ayrı olarak ilgili özelliklere ve görünüme sahiptir. ICS'den ince IC'lerin film biriktirilmesine karar verilebilir.

Bu IC'ler, malzemenin cam yüzeyine yerleştirme filmleri, aksi takdirde seramik bir stand üzerinde olacak şekilde tasarlanmıştır. Farklı dirençlere sahip olacak malzemeler üzerindeki film kalınlıkları değiştirilerek pasif elektronik komponentlerin imalatı yapılabilmektedir.

Bu tür bir entegre devrede, ipek baskı yöntemi, bir seramik alt tabaka üzerinde devrenin gerekli modelini yapmak için kullanılır. Bazen bu tür IC'lere basılı ince film IC'ler denir.

Monolitik IC'ler

Bu tür entegre devrelerde, bir silikon çip üzerindeki aktif, pasif ve ayrık bileşenlerin ara bağlantıları oluşturulabilir. Adından da anlaşılacağı gibi, mono tek kelimeden başka bir şey değildir, oysa Lithos taş anlamına gelir. Şu anda, bu IC'ler en yaygın olarak daha az maliyet ve güvenilirlik nedeniyle kullanılmaktadır. Ticari olarak üretilen IC'ler, voltaj regülatörleri, amplifikatörler, bilgisayar devreleri ve AM alıcıları gibi kullanılır. Bununla birlikte, monolitik IC bileşenleri arasındaki yalıtım zayıftır ancak aynı zamanda daha az güç derecesine sahiptir,

Çift sıralı paket (DIP) IC

Bir DIP (çift sıralı paket) veya DIPP (çift sıralı pim paketi), mikro elektronik veya elektronikler açısından dikdörtgen bir kart ve elektrik bağlantı pimleri ile iki paralel sıraya sahip bir elektronik bileşen paketidir.

Hibrit veya Çok Çipli IC'ler

Adından da anlaşılacağı gibi, çoklu, birbirine bağlı tek bir çipin üzerinde anlamına gelir. Diyotlar veya dağınık transistörler gibi aktif bileşenler bu IC'leri içerirken, pasif bileşenler tek bir yongadaki dağınık kapasitörler veya dirençlerdir. Bu bileşenlerin bağlantısı metalize prototiplerle yapılabilir. Çok çipli entegre devreler, 5W'dan 50W'a kadar yüksek güç amplifikatörünün uygulamaları için yaygın olarak kullanılmaktadır. Monolitik entegre devrelerle karşılaştırıldığında, hibrit IC'lerin performansı üstündür.

IC Paket Türleri

IC paketleri, Delikten Montaj ve Yüzeye Montajlı Paketleme gibi iki tipte kategorize edilir.

Delikten Montaj Paketleri

Bunların tasarımı, kurşun pimlerin kartın bir yüzüne sabitlendiği ve diğer tarafına yandığı yerde yapılabilir. Diğer türlerle karşılaştırıldığında bu paketlerin boyutu daha büyüktür. Bunlar, esas olarak kart alanını ve maliyet sınırlarını dengelemek için elektronik cihazlarda kullanılır. Geçiş delikli montaj paketlerinin en iyi örneği Dual inline paketlerdir çünkü bunlar en çok kullanılanlardır. Bu paketler seramik ve plastik olmak üzere iki tipte mevcuttur.

ATmega328'de, 28 pin, dikey olarak genişleyerek ve siyah plastik dikdörtgen şekilli bir tahta üzerine yerleştirilerek birbirine paralel olarak yerleştirilir. Pimler arasındaki boşluk 0,1 inç ile korunur. Ayrıca, numara içindeki farklılık nedeniyle ambalajın boyutu değişir. farklı paketlerdeki pimlerin sayısı. Bu pimlerin düzenlenmesi, kısa devre oluşmayacak şekilde bir devre tahtasının ortasında düzenlenebilecek şekilde yapılabilir.

Farklı delikten montajlı IC paketleri PDIP, DIP, ZIP, PENTAWATT, T7-TO220, TO2205, TO220, TO99, TO92, TO18, TO03'tür.

Yüzey Montajlı Ambalaj

Bu tür paketleme esas olarak montaj teknolojisini takip eder, aksi takdirde bileşenleri doğrudan PCB üzerine yerleştirir. Üretim yöntemleri işlerin hızlı bir şekilde yapılmasına yardımcı olacak olsa da, aynı zamanda küçük bileşenlerden kaynaklanan hata olasılıklarını da artırıyor ve birbirlerine çok yakın düzenlenmişler. Bu tür ambalajlarda plastik veya seramik kalıp kullanılır. Plastik kalıplar kullanan farklı yüzey montajlı ambalaj türleri, küçük çerçeveli L-kurşunlu paket ve BGA'dır (Ball Grid Array).

Farklı yüzeye monte IC paketleri SOT23, SOT223, TO252, TO263, DDPAK, SOP, TSOP, TQFP, QFN ve BGA'dır.

Avantajları

Entegre devre türlerinin avantajları aşağıda tartışılmaktadır.

Güç Tüketimi Düşük

Entegre devreler, daha küçük boyutları ve yapıları nedeniyle düzgün çalışmak için daha az güç kullanır.

Boyut Kompakt

Ayrık devre ile karşılaştırıldığında belirli bir işlevsellik için IC'leri kullanan küçük bir devre elde edilebilir.

Daha Az Maliyet

Ayrık devrelerle karşılaştırıldığında, entegre devreler, fabrikasyon teknolojileri ve düşük malzeme kullanımı nedeniyle daha az maliyetle mevcuttur.

Daha az ağırlık

“Galvanometre ne amaçla kullanılır? ”

Entegre devreler kullanan devreler, ayrık devrelere kıyasla daha az ağırlıktadır.

Çalışma Hızı İyileştirildi

Entegre devreler, anahtarlama hızları ve düşük güç tüketimi nedeniyle yüksek hızlarda çalışır.

Yüksek güvenilirlik

Devre düşük bağlantılar kullandığında, entegre devreler dijital devrelere kıyasla yüksek güvenilirlik sağlayacaktır.

IC'nin boyutu küçüktür ancak bu çip üzerinde binlerce bileşen üretilebilir.
Tek bir çip kullanılarak farklı karmaşık elektronik devreler tasarlanır
Toplu üretim nedeniyle, bunlar daha az maliyetle mevcuttur
Parazitik kapasitans etkisinin olmaması nedeniyle çalışma hızı yüksektir.
Ana devreden kolaylıkla değiştirilebilir

Dezavantajları

Farklı tipteki entegre devrelerin dezavantajları aşağıdakileri içerir.

Küçük boyutundan dolayı ısı gerekli bir oranda dağıtılamaz ve aşırı akım IC hasarına neden olabilir
Entegre devrelerde, transformatörler ve indüktörler dahil edilemez
Sınırlı bir güç aralığını idare eder
Yüksek dereceli PNP'nin montajı mümkün değildir.
Düşük sıcaklık katsayısına ulaşılamaz
Güç dağılımı aralığı 10 watt'a kadar
Yüksek voltaj ve düşük gürültü çalışması elde edilemez

Bu nedenle, bu tamamen farklı türdeki entegre devrelerin genel bir görünümü ile ilgilidir. Nano elektroniklerin icadı ve IC'lerin minyatürleştirilmesi bununla devam ettiği için, geleneksel Entegre devreler pratik kullanımda azaltılır. Nano elektronik teknolojisi . Bununla birlikte, geleneksel IC'lerin yerini henüz nano elektronikler almadı, ancak geleneksel IC'lerin kullanımı kısmen azalmaktadır. Bu makaleyi teknik olarak geliştirmek için lütfen sorularınızı, fikirlerinizi ve önerilerinizi aşağıdaki bölüme yorumlarınız olarak gönderin.

Fotoğrafa katkı verenler: