Jedes elektronische Gerät, das wir in unserem täglichen Leben verwenden, wie Mobiltelefone, Laptops, Kühlschränke, Computer, Fernseher und alle anderen elektrischen und elektronischen Geräte, wird mit einfachen oder komplexen Schaltkreisen hergestellt. Elektronische Schaltungen werden mit mehreren realisiert elektrische und elektronische Komponenten miteinander verbunden durch Verbinden von Drähten oder Leiten von Drähten für den Stromfluss durch die mehreren Komponenten der Schaltung, wie z Widerstände , Kondensatoren , Induktivitäten, Dioden, Transistoren und so weiter. Die Schaltungen können basierend auf verschiedenen Kriterien in verschiedene Typen eingeteilt werden, z. B. basierend auf Verbindungen: Reihenschaltungen und Parallelschaltungen basierend auf der Größe und dem Herstellungsprozess der Schaltung: integrierte Schaltungen und diskrete Schaltungen und basierend auf dem in der Schaltung verwendeten Signal : analoge und digitale Schaltungen. Dieser Artikel beschreibt einen Überblick über verschiedene Arten von integrierten Schaltkreisen und deren Anwendungen.

Was ist eine integrierte Schaltung?

Integrierte Schaltung oder IC oder Mikrochip oder Chip ist ein Mikroskop elektronische Schaltung Array, das durch die Herstellung verschiedener elektrischer und elektronischer Komponenten (Widerstände, Kondensatoren, Transistoren usw.) auf a gebildet wird Halbleitermaterial (Silizium-) Wafer, der Operationen ausführen kann, die den großen diskreten elektronischen Schaltungen aus diskreten elektronischen Bauteilen ähnlich sind.

Integrierte Schaltkreise

Da alle diese Anordnungen von Komponenten, mikroskopischen Schaltungen und Halbleiterwafer-Materialbasis zusammen integriert sind, um einen einzelnen Chip zu bilden, wird sie als integrierte Schaltung oder integrierter Chip oder Mikrochip bezeichnet.

Elektronische Schaltungen werden unter Verwendung einzelner oder diskreter elektronischer Komponenten mit unterschiedlichen Größen entwickelt, so dass die Kosten und die Größe dieser diskreten Schaltungen mit der Anzahl der in der Schaltung verwendeten Komponenten zunehmen. Um diesen negativen Aspekt zu überwinden, wurde die Technologie für integrierte Schaltkreise entwickelt - Jack Kilby von Texas Instruments entwickelte in den 1950er Jahren den ersten IC oder integrierten Schaltkreis, und danach löste Robert Noyce von Fairchild Semiconductor einige praktische Probleme dieses integrierten Schaltkreises.

Geschichte der integrierten Schaltkreise

Die Geschichte der integrierten Schaltkreise wurde mit Festkörpergeräten begonnen. Die Erfindung der ersten Vakuumröhre wurde von John Ambrose (J.A.) Fleming im Jahr 1897 als Vakuumdiode bezeichnet. Für Motoren erfand er die linke Regel. Danach wurde im Jahr 1906 ein neues Vakuum erfunden, nämlich Triode, das zur Verstärkung verwendet wird.

Danach wurde der Transistor im Jahr 1947 in den Bell Labs erfunden, um die Vakuumröhren teilweise zu ersetzen, da Transistoren kleine Komponenten sind, die weniger Strom zum Arbeiten benötigen. Verschiedene Schaltungen wurden unter Verwendung diskreter Komponenten durch Trennen voneinander entworfen und auf den Leiterplatten durch Steuern durch Hände angeordnet, die als nicht integrierte Schaltungen bekannt sind. Diese ICs verbrauchen viel Strom und Platz und ihre Ausgabe ist nicht so flüssig.

1959 wurde die integrierte Schaltung entwickelt, bei der mehrere elektronische und elektrische Komponenten auf einem einzigen Siliziumwafer hergestellt wurden. Integrierte Schaltkreise verbrauchen wenig Strom und sorgen für eine reibungslose Ausgabe. Ferner kann auch die Verbesserung von Transistoren gegenüber einer integrierten Schaltung erhöht werden.

Entwicklung integrierter Schaltkreise aus verschiedenen Technologien

Die Klassifizierung von ICs kann basierend auf den Größen des Chips und der Integrationsskala erfolgen. Hier gibt eine Integrationsskala die Anzahl der elektronischen Komponenten an, die in einer typischen integrierten Schaltung angeordnet sind.
Von 1961 bis 1965 wurden mithilfe der SSI-Technologie (Small Scale Integration) 10 bis 100 Transistoren auf einem einzigen Chip hergestellt, um Flip-Flops und Logikgatter herzustellen.

Von 1966 bis 1970 wurden mithilfe der MSI-Technologie (Medium Scale Integration) 100 bis 1000 Transistoren auf einem einzigen Chip hergestellt, um Multiplexer, Decoder und Zähler herzustellen.

Von 1971 bis 1979 wurden mithilfe der Large-Scale-Integrationstechnologie (LSI) 1000 bis 20000 Transistoren auf einem einzigen Chip hergestellt, um RAM, Mikroprozessor und ROM herzustellen

Von 1980 bis 1984 wurden mithilfe der VLSI-Technologie (Very Large Scale Integration) 20000 bis 50000 Transistoren auf einem einzigen Chip hergestellt, um RISC-Mikroprozessoren, DSPs sowie mi16-Bit- und 32-Bit-Mikroprozessoren herzustellen.

Von 1985 bis heute wurden mithilfe der ULSI-Technologie (Ultra Large Scale Integration) 50000 bis Milliarden Transistoren auf einem einzigen Chip hergestellt, um 64-Bit-Mikroprozessoren herzustellen.

Einschränkungen verschiedener Arten von integrierten Schaltkreisen

Die Einschränkung verschiedener Arten von ICs umfasst Folgendes.

“Geben Sie drei Verwendungen von Mikrowellenstrahlung an ”

Die Nennleistung ist begrenzt
Es funktioniert bei niedriger Spannung
Es erzeugt während des Betriebs Geräusche
Eine hohe Bewertung von PNP ist nicht wahrscheinlich
Seine Komponenten sind spannungsabhängig wie Widerstände und Kondensatoren
Es ist empfindlich
Die Herstellung eines IC durch geringes Rauschen ist schwierig
Der Temperaturkoeffizient ist schwer zu erreichen.
Die Montage von hochwertigem PNP ist nicht möglich.
In IC kann jede com
In einem IC können verschiedene Komponenten nicht ersetzt oder entfernt werden. Wenn also eine Komponente innerhalb eines IC beschädigt wird, muss der gesamte IC durch den neuen ersetzt werden.
Die Nennleistung ist begrenzt, da die Herstellung von ICs über 10 Watt nicht möglich ist

Verschiedene Arten von integrierten Schaltkreisen

Es gibt verschiedene Arten von ICs. Die Klassifizierung von integrierten Schaltkreisen erfolgt anhand verschiedener Kriterien. In der folgenden Abbildung sind einige Arten von ICs in einem System mit ihren Namen in einem Baumformat dargestellt.

Verschiedene Arten von IKS

Basierend auf der beabsichtigten Anwendung wird der IC in analoge integrierte Schaltkreise, digitale integrierte Schaltkreise und gemischte integrierte Schaltkreise klassifiziert.

Digitale integrierte Schaltkreise

Die integrierten Schaltkreise, die nur mit wenigen definierten Pegeln arbeiten, anstatt mit Gesamtpegeln der Signalamplitude zu arbeiten, werden als digitale ICs bezeichnet und diese werden unter Verwendung mehrerer Nummern von entworfen digitale Logikgatter , Multiplexer, Flip-Flops und andere elektronische Komponenten von Schaltungen. Diese Logikgatter arbeiten mit binären Eingangsdaten oder digitalen Eingangsdaten wie 0 (niedrig oder falsch oder logisch 0) und 1 (hoch oder wahr oder logisch 1).

Digitale integrierte Schaltkreise

Die obige Abbildung zeigt die Schritte beim Entwurf typischer digitaler integrierter Schaltkreise. Diese digitalen ICs werden häufig in Computern verwendet. Mikroprozessoren , digitale Signalprozessoren, Computernetzwerke und Frequenzzähler. Es gibt verschiedene Arten von digitalen ICs oder Arten von digitalen integrierten Schaltkreisen, wie programmierbare ICs, Speicherchips, Logik-ICs, Energieverwaltungs-ICs und Schnittstellen-ICs.

Analoge integrierte Schaltkreise

Die integrierten Schaltkreise, die über einen kontinuierlichen Signalbereich arbeiten, werden als analoge ICs bezeichnet. Diese sind unterteilt in lineare integrierte Schaltkreise (lineare ICs) und Radiofrequenz Integrierte Schaltungen (RF-ICs). Tatsächlich kann die Beziehung zwischen Spannung und Strom in einigen Fällen über einen langen Bereich des kontinuierlichen analogen Signals nichtlinear sein.

Analoge integrierte Schaltkreise

Der häufig verwendete analoge IC ist ein Operationsverstärker oder wird einfach als Operationsverstärker bezeichnet, ähnlich dem Differenzverstärker, besitzt jedoch eine sehr hohe Spannungsverstärkung. Es besteht im Vergleich zu den digitalen ICs aus einer sehr geringen Anzahl von Transistoren, und für die Entwicklung von analogen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (analogen ASICs) werden computergestützte Simulationswerkzeuge verwendet.

Lineare integrierte Schaltungen

Wenn in einer analogen integrierten Schaltung eine lineare Beziehung zwischen ihrer Spannung und ihrem Strom besteht, wird sie als linearer IC bezeichnet. Das beste Beispiel für diesen linearen IC ist 741 IC, ein 8-poliger DIP-Operationsverstärker (Dual In-Line Package).

Integrierte Hochfrequenzschaltungen

Wenn im analogen IC eine nichtlineare Beziehung zwischen Spannung und Strom besteht, spricht man von Hochfrequenz-ICs. Diese Art von IC ist auch als integrierte Hochfrequenzschaltung bekannt.

Gemischte integrierte Schaltkreise

Die integrierten Schaltkreise, die durch die Kombination von analogen und digitalen ICs auf einem einzelnen Chip erhalten werden, werden als gemischte ICs bezeichnet. Diese ICs fungieren als Digital-Analog-Wandler. Analog-Digital-Wandler (D / A- und A / D-Wandler) und Takt- / Zeitsteuerungs-ICs. Die in der obigen Abbildung dargestellte Schaltung ist ein Beispiel für die gemischte integrierte Schaltung, bei der es sich um eine Fotografie des selbstheilenden Radarempfängers mit 8 bis 18 GHz handelt.

Gemischte integrierte Schaltkreise

Dieses Mixed-Signal-System auf einem Chip ist das Ergebnis von Fortschritten in der Integrationstechnologie, die die Integration von digitalen, mehreren analogen und HF-Funktionen auf einem einzigen Chip ermöglichten.

Allgemeine Arten von integrierten Schaltkreisen (ICs) umfassen Folgendes:

Logikschaltungen

Diese ICs werden unter Verwendung von Logikgattern entworfen, die mit binären Ein- und Ausgängen (0 oder 1) arbeiten. Diese werden meist als Entscheidungsträger eingesetzt. Basierend auf der Logik- oder Wahrheitstabelle der Logikgatter geben alle im IC angeschlossenen Logikgatter einen Ausgang basierend auf der im IC angeschlossenen Schaltung, so dass dieser Ausgang zur Ausführung einer bestimmten beabsichtigten Aufgabe verwendet wird. Einige logische ICs sind unten gezeigt.

Logikschaltungen

Komparatoren

Die Komparator-ICs werden als Komparatoren verwendet, um die Eingänge zu vergleichen und dann eine Ausgabe basierend auf dem Vergleich der ICs zu erzeugen.

Komparatoren

ICs schalten

Schalter oder Schalt-ICs werden unter Verwendung der Transistoren entworfen und zur Durchführung der Schaltvorgänge . Die obige Abbildung ist ein Beispiel für einen SPDT-IC-Schalter.

ICs schalten

Audioverstärker

Das Audio Verstärker sind eine der vielen Arten von ICs, die zur Verstärkung des Audios verwendet werden. Diese werden im Allgemeinen in Audio-Lautsprechern, Fernsehschaltungen usw. verwendet. Die obige Schaltung zeigt den Niederspannungs-Audioverstärker-IC.

Audioverstärker

CMOS Integrated Circuit

Integrierte CMOS-Schaltungen werden im Vergleich zu FETs aufgrund ihrer Fähigkeiten wie niedrigere Schwellenspannung und geringer Stromverbrauch extrem in verschiedenen Anwendungen verwendet. Ein CMOS-IC enthält P-MOS- und N-MOS-Vorrichtungen, die gemeinsam auf einem ähnlichen Chip hergestellt werden. Die Struktur dieses IC ist ein Polysilicium-Gate, das dazu beiträgt, die Schwellenspannung des Geräts zu senken, wodurch ein Prozess bei Niederspannungspegeln ermöglicht wird.

Spannungsregler-ICs

Diese Art von integrierter Schaltung liefert trotz der Änderungen innerhalb des Gleichstromeingangs einen stabilen Gleichstromausgang. Die am häufigsten verwendeten Regler sind LM309-, uA723-, LM105- und 78XX-ICs.

Operationsverstärker

Das Operationsverstärker sind häufig verwendete ICs, ähnlich den Audioverstärkern, die für die Audioverstärkung verwendet werden. Diese Operationsverstärker werden zu Verstärkungszwecken verwendet, und diese ICs funktionieren ähnlich wie die Transistor Verstärkerschaltungen. Die Pin-Konfiguration des Operationsverstärker-IC 741 ist in der obigen Abbildung dargestellt.

Operationsverstärker

“ein Weihnachtslicht wird durch die Entladung eines Kondensators zum Blinken gebracht ”

Timer-ICs

Timer sind spezielle integrierte Schaltkreise, die zum Zählen und Verfolgen der Zeit in beabsichtigten Anwendungen verwendet werden. Das Blockschaltbild der internen Schaltung der LM555 Timer IC ist in der obigen Schaltung gezeigt. Basierend auf der Anzahl der verwendeten Komponenten (typischerweise basierend auf der Anzahl der verwendeten Transistoren) sind sie wie folgt

Timer-ICs

Kleine Integration besteht aus nur wenigen Transistoren (zehn Transistoren auf einem Chip), diese ICs spielten in frühen Luft- und Raumfahrtprojekten eine entscheidende Rolle.

Mittelgroße Integration besteht aus einigen hundert Transistoren auf dem IC-Chip, die in den 1960er Jahren entwickelt wurden und im Vergleich zu SSI-ICs eine bessere Wirtschaftlichkeit und bessere Vorteile erzielen.

Integration in großem Maßstab besteht aus Tausenden von Transistoren auf dem Chip mit fast der gleichen Wirtschaftlichkeit wie mittelgroße Integrations-ICs. Der erste in den 1970er Jahren entwickelte Mikroprozessor, Rechnerchips und RAMs mit 1 kbit hatten weniger als viertausend Transistoren.

Sehr umfangreiche Integration besteht aus Transistoren von Hunderten bis zu mehreren Milliarden (Entwicklungszeitraum: von den 1980er bis 2009)

Ultra-Large-Scale-Integration besteht aus Transistoren von mehr als einer Million und später wurden eine Wafer-Scale-Integration (WSI), ein System auf einem Chip (SoC) und eine dreidimensionale integrierte Schaltung (3D-IC) entwickelt.

All dies kann als Generation integrierter Technologie betrachtet werden. ICs werden auch basierend auf dem Herstellungsprozess und der Verpackungstechnologie klassifiziert. Es gibt zahlreiche Arten von ICs, unter denen ein IC als Zeitgeber, Zähler, registrieren , Verstärker, Oszillator, Logikgatter, Addierer, Mikroprozessor und so weiter.

Arten von integrierten Schaltkreisen basierend auf Klassen

Integrierte Schaltkreise sind in drei Klassen erhältlich, basierend auf den Techniken, die bei ihrer Herstellung verwendet wurden.

Dünn- und Dickschicht-ICs
Monolithische ICs
Hybrid- oder Multichip-ICs

Dünne und dicke ICs

Bei diesen Arten von integrierten Schaltkreisen werden passive Komponenten wie Kondensatoren und Widerstände verwendet, jedoch werden die Transistoren und Dioden wie separate Komponenten verbunden, um eine Schaltung zu entwerfen. Diese ICs sind einfach die Kombination von integrierten und getrennten Komponenten, und diese ICs haben neben der Art der Filmabscheidung verwandte Eigenschaften und Aussehen. Aus ICS kann die Filmabscheidung für dünne ICs bestimmt werden.

Diese ICs werden durch Ableiten von Filmen aus leitendem Material auf der Glasoberfläche konstruiert, ansonsten auf einem Keramikständer. Durch Ändern der Dicke der Filme auf den Materialien wird ein unterschiedlicher spezifischer Widerstand erzielt und die Herstellung passiver elektronischer Komponenten kann erfolgen.

Bei dieser Art von integrierter Schaltung wird das Seidendruckverfahren verwendet, um das erforderliche Modell der Schaltung auf einem Keramiksubstrat herzustellen. Manchmal wird diese Art von ICs als gedruckte Dünnschicht-ICs bezeichnet.

Monolithische ICs

Bei dieser Art von integrierten Schaltkreisen können die Verbindungen der aktiven, der passiven und der diskreten Komponente auf einem Siliziumchip gebildet werden. Wie der Name schon sagt, leitet es sich vom griechischen Wort ab, als wäre Mono nichts als Single, während Lithos Stein bedeutet. Gegenwärtig werden diese ICs aufgrund geringerer Kosten und Zuverlässigkeit am häufigsten verwendet. Die kommerziell hergestellten ICs werden wie Spannungsregler, Verstärker, Computerschaltungen und AM-Empfänger verwendet. Die Isolierung unter den monolithischen IC-Komponenten ist jedoch schlecht, weist jedoch auch eine geringere Nennleistung auf.

Dual-In-Line-Paket (DIP) IC

Ein DIP (Dual-In-Line-Gehäuse) oder DIPP (Dual-In-Line-Pin-Gehäuse) ist ein elektronisches Komponentenpaket in Bezug auf Mikroelektronik oder Elektronik mit einer rechteckigen Platine und zwei parallelen Reihen mit elektrischen Verbindungsstiften.

Hybrid- oder Multi-Chip-ICs

Wie der Name schon sagt, bedeutet Multi über einem einzelnen Chip, der miteinander verbunden ist. Die aktiven Komponenten wie Dioden oder diffuse Transistoren umfassen diese ICs, während die passiven Komponenten die diffusen Kondensatoren oder Widerstände auf einem einzelnen Chip sind. Der Anschluss dieser Komponenten kann über metallisierte Prototypen erfolgen. Integrierte Mehrchip-Schaltungen werden in großem Umfang für die Anwendungen von Hochleistungsverstärkern von 5 W bis 50 W verwendet. Im Vergleich zu monolithischen integrierten Schaltkreisen ist die Leistung von Hybrid-ICs überlegen.

Arten von IC-Paketen

Die IC-Pakete werden in zwei Typen eingeteilt, z. B. Durchlochmontage und Oberflächenmontage.

“AC-DC-Schaltplan ”

Durchgangsmontage-Pakete

Die Konstruktion dieser kann dort erfolgen, wo die Bleistifte durch eine Seite der Platine befestigt sind und auf der anderen Seite schwelen. Im Vergleich zu anderen Typen ist die Größe dieser Pakete größer. Diese werden hauptsächlich in elektronischen Geräten verwendet, um den Platz auf der Platine sowie die Kostengrenzen auszugleichen. Das beste Beispiel für Durchgangsloch-Montagepakete sind Dual-Inline-Pakete, da dies die am häufigsten verwendeten sind. Diese Pakete sind in zwei Ausführungen erhältlich, z. B. Keramik und Kunststoff.

In ATmega328 befinden sich die 28-Stifte parallel zueinander, indem sie vertikal erweitert und auf einer rechteckigen schwarzen Kunststoffplatte angeordnet werden. Der Abstand zwischen den Stiften wird mit 0,1 Zoll beibehalten. Darüber hinaus ändert sich die Größe des Pakets aufgrund des Unterschieds innerhalb der Nr. von Stiften in unterschiedlichen Paketen. Die Anordnung dieser Stifte kann so erfolgen, dass sie auf die Mitte eines Steckbretts geregelt werden können, so dass kein Kurzschluss auftreten kann.

Die verschiedenen IC-Gehäuse für die Durchgangslochmontage sind PDIP, DIP, ZIP, PENTAWATT, T7-TO220, TO2205, TO220, TO99, TO92, TO18, TO03.

Aufputzverpackung

Diese Art der Verpackung folgt hauptsächlich der Montagetechnologie, ansonsten werden die Komponenten direkt auf der Leiterplatte positioniert. Obwohl seine Herstellungsmethoden helfen, Dinge schnell zu erledigen, verbessert es auch die Wahrscheinlichkeit von Fehlern aufgrund der winzigen Komponenten und sie sind sehr nahe beieinander angeordnet. Diese Art der Verpackung verwendet Kunststoff- oder Keramikformteile. Die verschiedenen Arten von oberflächenmontierten Verpackungen, bei denen Kunststoffformen verwendet werden, sind L-bleihaltige Verpackungen mit kleinem Umriss und BGA (Ball Grid Array).

Die verschiedenen oberflächenmontierten IC-Gehäuse sind SOT23, SOT223, TO252, TO263, DDPAK, SOP, TSOP, TQFP, QFN und BGA.

Vorteile

Die Vorteile von Typen integrierter Schaltkreise werden nachstehend erörtert.

Der Stromverbrauch ist niedrig

Integrierte Schaltkreise verbrauchen aufgrund ihrer geringeren Größe und Konstruktion weniger Strom, um ordnungsgemäß zu arbeiten.

Größe ist kompakt

Eine kleine Schaltung unter Verwendung von ICs kann für eine gegebene Funktionalität im Vergleich zu der diskreten Schaltung erhalten werden.

Weniger Kosten

Im Vergleich zu diskreten Schaltkreisen sind integrierte Schaltkreise aufgrund ihrer Herstellungstechnologien sowie der Verwendung von geringem Material kostengünstiger erhältlich.

Weniger Gewicht

Die Schaltungen, die integrierte Schaltungen verwenden, haben im Vergleich zu diskreten Schaltungen ein geringeres Gewicht

Die Betriebsgeschwindigkeit wird verbessert

Integrierte Schaltkreise arbeiten aufgrund ihrer Schaltgeschwindigkeiten sowie des geringen Stromverbrauchs mit hohen Geschwindigkeiten.

Hohe Zuverlässigkeit

Sobald die Schaltung niedrige Verbindungen verwendet, bieten integrierte Schaltungen im Vergleich zu digitalen Schaltungen eine hohe Zuverlässigkeit.

Die Größe des IC ist klein, aber auf diesem Chip können Tausende von Komponenten hergestellt werden.
Durch die Verwendung eines einzelnen Chips werden verschiedene komplexe elektronische Schaltungen entworfen
Aufgrund der Massenproduktion sind diese kostengünstiger erhältlich
Die Betriebsgeschwindigkeit ist hoch, da kein parasitärer Kapazitätseffekt vorliegt.
Von der Mutterschaltung kann es leicht geändert werden

Nachteile

Die Nachteile verschiedener Arten von integrierten Schaltkreisen umfassen die folgenden.

Die Wärme kann aufgrund ihrer geringen Größe nicht mit der erforderlichen Geschwindigkeit abgeführt werden, und ein Überlauf des Stroms kann den IC beschädigen
In integrierten Schaltkreisen können die Transformatoren sowie die Induktivitäten nicht eingebaut werden
Es handhabt einen begrenzten Leistungsbereich
Die Montage von hochwertigem PNP ist nicht möglich.
Ein Niedertemperaturkoeffizient kann nicht erreicht werden
Der Verlustleistungsbereich beträgt bis zu 10 Watt
Hochspannungs- und rauscharmer Betrieb können nicht erhalten werden

Hier geht es also um einen Überblick über verschiedene Arten von integrierten Schaltkreisen. Die herkömmlichen integrierten Schaltkreise werden im praktischen Gebrauch reduziert, da die Erfindung der Nanoelektronik und die Miniaturisierung von ICs dadurch fortgesetzt werden Nanoelektronik-Technologie . Die herkömmlichen ICs werden jedoch noch nicht durch Nanoelektronik ersetzt, aber die Verwendung der herkömmlichen ICs wird teilweise verringert. Um diesen Artikel technisch zu verbessern, veröffentlichen Sie bitte Ihre Fragen, Ideen und Vorschläge als Ihre Kommentare im folgenden Abschnitt.

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