اولین مدار مجتمع ظاهر شد مدارهای مجتمع بزرگ

) ابتدا ایده ترکیب بسیاری از قطعات الکترونیکی استاندارد در یک کریستال نیمه هادی یکپارچه را مطرح کرد. اجرای این پیشنهادها در آن سالها به دلیل توسعه ناکافی فناوری امکان پذیر نبود.

در پایان سال 1958 و در نیمه اول سال 1959، پیشرفتی در صنعت نیمه هادی رخ داد. سه نفر به نمایندگی از سه شرکت خصوصی آمریکایی سه مشکل اساسی را حل کردند که مانع ایجاد آن شد مدارهای مجتمع. جک کیلبی از تگزاس ابزاراصل یکسان سازی را ثبت کرد، اولین نمونه های اولیه ناقص IS را ایجاد کرد و آنها را به تولید انبوه رساند. کورت لگووتس از شرکت Sprague Electricروشی برای جداسازی الکتریکی اجزای تشکیل شده بر روی یک تراشه نیمه هادی منفرد اختراع کرد (جداسازی توسط یک اتصال p-n (eng. جداسازی P-n-junction)). رابرت نویس از نیمه هادی فیرچایلدروشی برای اتصال الکتریکی اجزای آی سی (آبکاری آلومینیوم) اختراع کرد و نسخه بهبودیافته ای از جداسازی قطعات را بر اساس آخرین فناوری مسطح توسط ژان ارنی (Eng. ژان هورنی). 27 سپتامبر 1960 گروه جی لست جی - آخرین) ایجاد شده در نیمه هادی فیرچایلداول کار نیمه هادی IP در مورد ایده های Noyce و Ernie. تگزاس اینسترومنتزکه مالک حق امتیاز اختراع کیلبی بود، جنگی را علیه رقبا به راه انداخت که در سال 1966 با یک توافق نامه مجوز متقابل فناوری در سراسر جهان پایان یافت.

آی سی های منطقی اولیه سری مذکور به معنای واقعی کلمه از آن ساخته شده اند استاندارداجزایی که ابعاد و پیکربندی آنها توسط فرآیند فناوری مشخص شده است. مهندسان مدار که آی سی های منطقی یک خانواده خاص را طراحی کردند با همان دیودها و ترانزیستورهای معمولی کار می کردند. در سال 1961-1962 پارادایم طراحی توسط توسعه دهنده اصلی شکسته شد سیلوانیاتام لونگو، برای اولین بار با استفاده از انواع مختلف پیکربندی ترانزیستورها بسته به عملکرد آنها در مدار. در پایان سال 1962م سیلوانیااولین خانواده منطق ترانزیستور ترانزیستور (TTL) را راه اندازی کرد که توسط Longo توسعه یافت - از نظر تاریخی اولین نوع منطق یکپارچه بود که توانست برای مدت طولانی جای پایی در بازار به دست آورد. در مدارهای آنالوگ، پیشرفتی در این سطح در سال های 1964-1965 توسط توسعه دهنده تقویت کننده های عملیاتی ایجاد شد. فیرچایلدباب ویدلار.

اولین فیلم ضخیم هیبریدی اتحاد جماهیر شوروی مدار مجتمع(سری 201 "مسیر") در سال 1963-1965 در موسسه تحقیقات فناوری دقیق ("Angstrem") توسعه یافت و از سال 1965 تولید سریال شد. متخصصان NIEM (در حال حاضر NII Argon) در توسعه شرکت کردند.

اولین مدار یکپارچه نیمه هادی در اتحاد جماهیر شوروی بر اساس فناوری مسطح ایجاد شد که در ابتدای سال 1960 در NII-35 (در آن زمان به NII Pulsar تغییر نام داد) توسط تیمی ایجاد شد که بعداً به NIIME (Mikron) منتقل شد. ایجاد اولین مدار مجتمع سیلیکونی داخلی بر روی توسعه و تولید با پذیرش نظامی یک سری مدارهای یکپارچه سیلیکونی TC-100 متمرکز شد (37 عنصر - معادل پیچیدگی مدار یک فلیپ فلاپ، آنالوگ آمریکایی سری آی سی SN-51 شرکت تگزاس ابزار). نمونه های اولیه و نمونه های تولید مدارهای مجتمع سیلیکونی برای تولید مثل از ایالات متحده آمریکا به دست آمد. این کار در NII-35 (مدیر تروتکو) و کارخانه نیمه هادی فریازینسکی (مدیر کولموگروف) تحت یک دستور دفاعی برای استفاده در ارتفاع سنج خودکار یک سیستم هدایت موشک بالستیک انجام شد. توسعه شامل شش مدار مسطح سیلیکونی یکپارچه معمولی سری TS-100 بود و با سازماندهی تولید آزمایشی، سه سال در NII-35 (از 1962 تا 1965) به طول انجامید. دو سال دیگر برای تسلط بر تولید کارخانه با پذیرش نظامی در فریازینو (1967) طول کشید.

به موازات آن، کار بر روی توسعه یک مدار مجتمع در مرکز انجام شد دفتر طراحیدر کارخانه دستگاه های نیمه هادی ورونژ (اکنون -). در سال 1965، طی بازدید وزیر صنعت الکترونیک A. I. Shokin از VZPP، به کارخانه دستور داده شد که کار تحقیقاتی را در مورد ایجاد یک مدار یکپارچه سیلیکونی - R & D "Titan" (دستور شماره 92 وزارت 16 اوت) انجام دهد. ، 1965)، که جلوتر از برنامه زمان بندی شده تا پایان سال تکمیل شد. موضوع با موفقیت به کمیسیون دولتی ارائه شد و مجموعه ای از 104 مدار منطقی دیود ترانزیستور اولین دستاورد ثابت در زمینه میکروالکترونیک حالت جامد بود که در دستور وزارت توسعه اقتصادی در 30 دسامبر منعکس شد. 1965 شماره 403.

سطوح طراحی

در حال حاضر (2014)، بیشتر مدارهای مجتمع با استفاده از سیستم های تخصصی CAD طراحی شده اند، که به شما امکان می دهد فرآیندهای تولید را خودکار کنید و به طور قابل توجهی سرعت بخشید، به عنوان مثال، ماسک های عکس توپولوژیکی.

طبقه بندی

درجه یکپارچگی

بسته به درجه یکپارچگی، اعمال شود عناوین زیرمدارهای مجتمع:

• مدار مجتمع کوچک (MIS) - تا 100 عنصر در یک کریستال،
• مدار مجتمع متوسط ​​(SIS) - تا 1000 عنصر در یک کریستال،
• مدار مجتمع بزرگ (LSI) - تا 10 هزار عنصر در یک کریستال،
• مدار مجتمع بسیار بزرگ (VLSI) - بیش از 10 هزار عنصر در یک کریستال.

پیش از این، اکنون از نام های منسوخ شده نیز استفاده می شد: یک مدار مجتمع با مقیاس فوق العاده بزرگ (ULSI) - از 1-10 میلیون تا 1 میلیارد عنصر در یک کریستال و، گاهی اوقات، یک مدار مجتمع گیگا بزرگ (GBIS) - بیش از 1 میلیارد عنصر در یک کریستال در حال حاضر، در دهه 2010، نام "UBIS" و "GBIS" عملا مورد استفاده قرار نمی گیرد و تمام ریزمدارهای با بیش از 10 هزار عنصر به عنوان VLSI طبقه بندی می شوند.

تکنولوژی ساخت

• ریز مدار نیمه هادی - همه عناصر و اتصالات متقابل بر روی یک کریستال نیمه هادی ساخته می شوند (به عنوان مثال، سیلیکون، ژرمانیوم، آرسنید گالیم، اکسید هافنیوم).

• مدار مجتمع فیلم - همه عناصر و اتصالات به شکل فیلم ساخته می شوند:
  • مدار مجتمع با لایه ضخیم؛
  • مدار مجتمع لایه نازک
• Hybrid IC (اغلب به عنوان ریز مونتاژ)، شامل چندین دیود لخت، ترانزیستورهای لخت و/یا سایر اجزای فعال الکترونیکی است. ریز مونتاژ ممکن است شامل مدارهای مجتمع بدون بسته بندی نیز باشد. اجزای ریز مونتاژ غیرفعال (مقاومت‌ها، خازن‌ها، سلف‌ها) معمولاً با استفاده از فناوری‌های لایه نازک یا لایه ضخیم بر روی یک بستر معمولی و معمولاً سرامیکی ریزمدار هیبریدی ساخته می‌شوند. کل بستر با اجزاء در یک محفظه مهر و موم شده قرار می گیرد.
• ریز مدار مخلوط - علاوه بر یک کریستال نیمه هادی، حاوی عناصر غیرفعال لایه نازک (فیلم ضخیم) است که روی سطح کریستال قرار می گیرند.

نوع سیگنال پردازش شده

فن آوری های تولید

انواع منطق

عنصر اصلی مدارهای آنالوگ ترانزیستورها (دو قطبی یا میدانی) هستند. تفاوت در فناوری ساخت ترانزیستور به طور قابل توجهی بر ویژگی های ریز مدارها تأثیر می گذارد. بنابراین، فناوری ساخت اغلب در توضیحات ریز مدار نشان داده می شود تا بر ویژگی های کلی ویژگی ها و قابلیت های ریزمدار تاکید شود. که در فن آوری های مدرنترکیب فن آوری های دوقطبی و ترانزیستور اثر میدانی برای دستیابی به عملکرد بهبود یافته تراشه.

• ریزمدارهای روی ترانزیستورهای تک قطبی (میدان) - اقتصادی ترین (از نظر مصرف جریان) هستند:
  • منطق MOS (منطق فلز-اکسید-نیمه هادی) - ریز مدارها از ترانزیستورهای اثر میدانی تشکیل می شوند. n-MOS یا پنوع MOS؛
  • منطق CMOS (منطق MOS مکمل) - هر عنصر منطقی ریز مدار از یک جفت ترانزیستور اثر میدان مکمل (مکمل) تشکیل شده است. n-MOS و پ-MOS).
• ریز مدارها در ترانزیستورهای دوقطبی:
  • RTL - منطق مقاومت ترانزیستور (منسوخ شده، جایگزین شده با TTL).
  • DTL - منطق دیود ترانزیستور (منسوخ شده، جایگزین شده با TTL).
  • TTL - منطق ترانزیستور ترانزیستور - ریز مدارها از ترانزیستورهای دوقطبی با ترانزیستورهای چند امیتر در ورودی ساخته شده اند.
  • TTLSH - منطق ترانزیستور ترانزیستور با دیودهای شاتکی - یک TTL بهبود یافته که از ترانزیستورهای دوقطبی با اثر شاتکی استفاده می کند.
  • ESL - منطق جفت شده امیتر - روشن است ترانزیستورهای دوقطبی، حالت عملکرد آن طوری انتخاب می شود که وارد حالت اشباع نشوند که عملکرد را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.
  • IIL - منطق تزریق انتگرال.
• ریزمدارها با استفاده از ترانزیستورهای اثر میدانی و دوقطبی:

با استفاده از همان نوع ترانزیستورها، ریزمدارها را می توان با استفاده از روش های مختلف، مانند استاتیک یا دینامیک، ساخت. فناوری‌های CMOS و TTL (TTLS) رایج‌ترین منطق تراشه‌ها هستند. در مواردی که صرفه جویی در مصرف فعلی ضروری است، از فناوری CMOS استفاده می شود، جایی که سرعت مهمتر استو نیازی به صرفه جویی در مصرف برق نیست، از فناوری TTL استفاده می شود. نقطه ضعف میکرو مدارهای CMOS آسیب پذیری در برابر الکتریسیته ساکن است - کافی است خروجی ریز مدار را با دست لمس کنید و یکپارچگی آن دیگر تضمین نمی شود. با توسعه فناوری‌های TTL و CMOS، ریزمدارها از نظر پارامترها نزدیک می‌شوند و در نتیجه، به عنوان مثال، سری 1564 ریز مدارها با استفاده از فناوری CMOS ساخته می‌شوند و عملکرد و قرارگیری در کیس مشابه TTL است. فن آوری.

تراشه‌های تولید شده با فناوری ESL سریع‌ترین و در عین حال پرمصرف‌ترین تراشه‌ها هستند و در تولید علوم کامپیوتردر مواردی که مهمترین پارامتر سرعت محاسبه بود. در اتحاد جماهیر شوروی، پربازده ترین رایانه ها از نوع EC106x بر روی ریز مدارهای ESL ساخته می شدند. اکنون این فناوری به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد.

فرآیند تکنولوژیکی

در ساخت ریز مدارها از روش فتولیتوگرافی (برآمدگی، تماسی و غیره) استفاده می شود، در حالی که مدار بر روی بستری (معمولاً سیلیکون) تشکیل می شود که از برش تک کریستال های سیلیکونی به ویفرهای نازک با دیسک های الماسی به دست می آید. به دلیل کوچک بودن ابعاد خطی عناصر ریزمدار، استفاده از نور مرئی و حتی نزدیک به اشعه ماوراء بنفش برای روشنایی کنار گذاشته شد.

پردازنده های زیر با استفاده از اشعه UV (لیزر اکسایمر ArF، طول موج 193 نانومتر) ساخته شدند. به طور متوسط، معرفی فرآیندهای فنی جدید توسط رهبران صنعت طبق برنامه ITRS هر 2 سال یکبار انجام می شود، در حالی که تعداد ترانزیستورها در واحد سطح دو برابر می شود: 45 نانومتر (2007)، 32 نانومتر (2009)، 22 نانومتر (2011). ، تولید 14 نانومتر در سال 2014 آغاز شد، توسعه فرآیندهای 10 نانومتری در حدود سال 2018 انتظار می رود.

در سال 2015، برآوردهایی وجود داشت که معرفی فرآیندهای فنی جدید کند خواهد شد.

کنترل کیفیت

برای کنترل کیفیت مدارهای مجتمع، به اصطلاح سازه های آزمایشی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند.

هدف

یک مدار یکپارچه می تواند عملکردی کامل و به طور دلخواه پیچیده داشته باشد - تا یک میکرو کامپیوتر کامل (ریز کامپیوتر تک تراشه).

مدارهای آنالوگ

• فیلترها (از جمله فیلترهای مبتنی بر اثر پیزوالکتریک).
• آنالوگ ضرب کننده ها.
• تضعیف کننده های آنالوگ و تقویت کننده های متغیر.
• تثبیت کننده های منبع تغذیه: تثبیت کننده های ولتاژ و جریان.
• ریز مدارهای منبع تغذیه سوئیچینگ را کنترل کنید.
• مبدل های سیگنال
• طرح های همگام سازی
• سنسورهای مختلف (به عنوان مثال دما).

مدارهای دیجیتال

• مبدل های بافر
• پردازنده های (ریز) (از جمله CPU برای رایانه ها)
• تراشه ها و ماژول های حافظه
• FPGA (مدارهای مجتمع منطقی قابل برنامه ریزی)

مدارهای مجتمع دیجیتال چندین مزیت نسبت به مدارهای آنالوگ دارند:

• مصرف برق کاهش یافته استمرتبط با استفاده از سیگنال های الکتریکی پالسی در الکترونیک دیجیتال. هنگام دریافت و تبدیل چنین سیگنال هایی، عناصر فعال دستگاه های الکترونیکی (ترانزیستور) در حالت "کلید" کار می کنند، یعنی ترانزیستور یا "باز" ​​است - که مربوط به یک سیگنال سطح بالا (1) است، یا "بسته". - (0)، در مورد اول هیچ افت ولتاژی در ترانزیستور وجود ندارد، در حالت دوم - هیچ جریانی از آن عبور نمی کند. در هر دو مورد، مصرف برق در مقابل، نزدیک به 0 است دستگاه های آنالوگ، که در اکثر مواقع ترانزیستورها در حالت متوسط ​​(فعال) هستند.
• ایمنی بالای سر و صدادستگاه های دیجیتال با تفاوت زیادی بین سیگنال های سطح بالا (به عنوان مثال 2.5-5 ولت) و سیگنال های پایین (0-0.5 ولت) همراه است. خطای حالت در چنین سطحی از تداخل ممکن است که سطح بالا به سطح پایین تعبیر شود و بالعکس، که بعید است. علاوه بر این، در دستگاه های دیجیتالامکان استفاده از کدهای ویژه برای تصحیح خطاها وجود دارد.
• تفاوت زیاد در سطوح سیگنال های سطح بالا و پایین (منطقی "0" و "1") و دامنه نسبتاً گسترده ای از تغییرات مجاز آنها باعث می شود فناوری دیجیتال نسبت به گسترش اجتناب ناپذیر پارامترهای عنصر در فناوری یکپارچه حساس نباشد. نیاز به انتخاب اجزا و پیکربندی عناصر تنظیم در دستگاه های دیجیتال.

مدارهای آنالوگ به دیجیتال

• مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) و مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC)؛
• فرستنده گیرنده (به عنوان مثال، یک مبدل رابط شبکه محلی کابلی);
• تعدیل کننده ها و دمدولاتورها؛
  • مودم های رادیویی
  • رمزگشاهای تله تکست، متن رادیویی VHF
  • فرستنده‌های سریع اترنت و خط نوری
  • شماره گیریمودم ها
  • گیرنده های تلویزیون دیجیتال
  • سنسور نوری ماوس
• تراشه های منبع تغذیه برای دستگاه های الکترونیکی - تثبیت کننده ها، مبدل های ولتاژ، سوئیچ های برق و غیره؛
• تضعیف کننده های دیجیتال؛
• مدارهای فرکانس حلقه قفل فاز (PLL)؛
• ژنراتورها و ترمیم کننده های ساعت؛
• تراشه های ماتریس پایه (BMC): شامل مدارهای آنالوگ و دیجیتال است.

سری تراشه

میکرو مدارهای آنالوگ و دیجیتال به صورت سری تولید می شوند. سری مجموعه‌ای از ریزمدارها هستند که دارای طراحی واحد و طراحی فناوری هستند و برای استفاده مشترک در نظر گرفته شده‌اند. ریز مدارهای همان سری، به عنوان یک قاعده، دارای ولتاژهای یکسانی از منابع تغذیه هستند، از نظر مقاومت ورودی و خروجی، سطوح سیگنال مطابقت دارند.

سپاه

عناوین خاص

ریزپردازنده هسته رایانه را تشکیل می دهد ، عملکردهای اضافی مانند ارتباط با محیط اطراف با استفاده از چیپست های طراحی شده ویژه انجام شد. برای اولین کامپیوترها، تعداد ریزمدارها در مجموعه ها به ده ها و صدها محاسبه شد. سیستم های مدرناین مجموعه ای از یک، دو یا سه تراشه است. که در اخیراروند انتقال تدریجی عملکردهای چیپست (کنترل کننده حافظه، کنترل کننده اتوبوس) وجود دارد PCI Express) به پردازنده.

CXEMA INTEGRATED (IC، مدار مجتمع، ریزمدار)، یک محصول میکروالکترونیکی کامل از نظر عملکرد، که مجموعه ای از عناصر بهم پیوسته الکتریکی (ترانزیستورها و غیره) است که در یک ویفر تک کریستالی نیمه هادی تشکیل شده است. آی سی ها پایه عناصر همه دستگاه های رادیویی الکترونیکی مدرن، تجهیزات کامپیوتری، اطلاعات و سیستم های مخابراتی هستند.

مرجع تاریخیآی سی در سال 1958 توسط جی کیلبی (جایزه نوبل، 2000) اختراع شد که بدون تقسیم صفحه تک کریستال ژرمانیوم به ترانزیستورهای جداگانه تشکیل شده در آن، آنها را با نازک ترین سیم ها به یکدیگر متصل کرد، به طوری که دستگاه حاصل به یک دستگاه کامل تبدیل شد. مدار الکترونیکی. نیم سال بعد، فیزیکدان آمریکایی R. Noyce به IC سیلیکونی مسطح پی برد که در آن برای هر ناحیه از ترانزیستورهای دوقطبی (امیتر، پایه و کلکتور)، نواحی فلزی (به اصطلاح پدهای تماسی) ایجاد می شود. بر روی سطح ویفر سیلیکونی، و اتصالات بین آنها توسط هادی های لایه نازک ایجاد شده است. در سال 1959، تولید صنعتی مدارهای مجتمع سیلیکونی در ایالات متحده آغاز شد. تولید انبوه IP در اتحاد جماهیر شوروی در اواسط دهه 1960 در شهر Zelenograd به رهبری K. A. Valiev سازماندهی شد.

فناوری ISساختار یک آی سی نیمه هادی در شکل نشان داده شده است. ترانزیستورها و سایر عناصر در یک لایه بسیار نازک (تا چند میکرون) نزدیک به سطح یک ویفر سیلیکونی تشکیل شده اند. از بالا ایجاد می شود سیستم لایه ایاتصالات بین عنصری با افزایش تعداد عناصر IC، تعداد سطوح افزایش می یابد و می تواند به 10 یا بیشتر برسد. اتصالات باید پایین باشد مقاومت الکتریکی. این نیاز، برای مثال، توسط مس برآورده می شود. بین لایه هادی ها لایه های عایق (دی الکتریک) (SiO 2 و غیره) قرار می گیرد. تا چند صد آی سی به طور همزمان روی یک ویفر PP تشکیل می شود و پس از آن ویفر به کریستال های جداگانه (تراشه) تقسیم می شود.

چرخه تکنولوژیکی ساخت IC شامل صدها عملیات است که مهمترین آنها فوتولیتوگرافی (PL) است. ترانزیستور شامل ده ها قطعه است که خطوط آن در نتیجه PL شکل می گیرد، که همچنین پیکربندی اتصالات در هر لایه و موقعیت مناطق رسانا (تماس ها) بین لایه ها را تعیین می کند. در چرخه فناوری، PL چندین ده بار تکرار می شود. هر عملیات PL با عملیات تولید قطعات ترانزیستور دنبال می شود، به عنوان مثال، رسوب لایه های نازک دی الکتریک، PP و فلز، اچ کردن، دوپینگ با کاشت یون در سیلیکون و غیره. فوتولیتوگرافی حداقل اندازه (MR) تک تک قطعات را تعیین می کند. . ابزار اصلی PL، اسکنرهای استپر پروژکشن نوری است که نوردهی تصویر را مرحله به مرحله (از تراشه به تراشه) انجام می دهد (نور تراشه، که روی سطح آن یک لایه حساس به نور - مقاوم به نور اعمال می شود، از طریق یک ماسک. عکس ماسک نامیده می شود) با کاهش (4: 1) در اندازه تصاویر نسبت به ابعاد ماسک و با اسکن نقطه نوری در همان تراشه. MR با طول موج منبع تشعشع نسبت مستقیم دارد. در ابتدا، خطوط g و i (به ترتیب 436 و 365 نانومتر) از طیف انتشار یک لامپ جیوه در تنظیمات PL استفاده شد. برای تغییر لامپ جیوه ایلیزرهای اگزایمر بر اساس مولکول‌های KrF (248 نانومتر) و ArF (193 نانومتر) تولید شدند. کمال سیستم نوریاستفاده از فتوریست ها با کنتراست و حساسیت بالا و همچنین تکنیک های ویژه با وضوح بالا در طراحی ماسک های نوری و اسکنرهای پله ای با منبع نور در طول موج 193 نانومتر، دستیابی به MR معادل 30 نانومتر یا کمتر بر روی تراشه های بزرگ (با مساحت 1-4 سانتی متر مربع) با ظرفیت تا 100 صفحه (قطر 300 میلی متر) در ساعت. پیشروی به ناحیه MR کوچکتر (30-10 نانومتر) با استفاده از اشعه ایکس نرم یا اشعه ماوراء بنفش شدید (EUV) با طول موج 13.5 نانومتر امکان پذیر است. به دلیل جذب شدید تابش توسط مواد در این طول موج، نمی توان از اپتیک های انکساری استفاده کرد. بنابراین استپرهای EUV از اپتیک بازتابنده روی آینه های اشعه ایکس استفاده می کنند. الگوها نیز باید منعکس کننده باشند. لیتوگرافی EUV یک آنالوگ از لیتوگرافی نوری است که نیازی به ایجاد زیرساخت جدید ندارد و عملکرد بالایی را ارائه می دهد. بنابراین، در سال 2000، فناوری IC بر سد 100 نانومتر (MR) غلبه کرد و به فناوری نانو تبدیل شد.

ساختار مدار مجتمع: 1- لایه غیرفعال (محافظ). 2 - لایه بالایی هادی؛ 3 - لایه دی الکتریک؛ 4 - اتصالات بین سطحی; 5 - پد تماس; 6 - ماسفت ها; 7 - ویفر سیلیکونی ( بستر ).

جهت های توسعهآی سی ها به دو دسته دیجیتال و آنالوگ تقسیم می شوند. سهم اصلی ریزمدارهای دیجیتال (منطقی) از آی سی های پردازنده و آی سی های حافظه تشکیل شده است که می توانند روی یک تراشه (تراشه) ترکیب شوند و یک "سیستم روی یک تراشه" را تشکیل دهند. پیچیدگی یک آی سی با درجه یکپارچگی مشخص می شود که با تعداد ترانزیستورهای یک تراشه تعیین می شود. قبل از سال 1970، درجه یکپارچه سازی آی سی دیجیتال هر 12 ماه دو برابر می شد. این قانونمندی (دانشمند آمریکایی G. Moore برای اولین بار در سال 1965 توجه خود را به آن جلب کرد) قانون مور نامیده شد. مور بعداً قانون خود را اصلاح کرد: دو برابر شدن پیچیدگی مدارهای حافظه هر 18 ماه اتفاق می افتد و مدارهای پردازنده - پس از 24 ماه. با افزایش درجه یکپارچگی آی سی، اصطلاحات جدیدی معرفی شدند: آی سی بزرگ (LSI، با تعداد ترانزیستور تا 10 هزار)، آی سی فوق العاده بزرگ (VLSI - تا 1 میلیون)، آی سی فوق العاده بزرگ (UBIS - تا). به 1 میلیارد) و LSI غول پیکر (GBIS - بیش از 1 میلیارد).

آی سی های دیجیتالی در ترانزیستورهای دوقطبی (Bi) و MOS (فلز - اکسید - نیمه هادی) وجود دارد، از جمله در پیکربندی CMOS (MOS مکمل، یعنی ترانزیستورهای تکمیلی p-MOS و w-MOS به صورت سری در منبع منبع - نقطه با پتانسیل صفر")، و همچنین BiCMOS (روی ترانزیستورهای دوقطبی و ترانزیستورهای CMOS در یک تراشه).

افزایش درجه یکپارچگی با کاهش اندازه ترانزیستورها و افزایش اندازه تراشه حاصل می شود. این باعث کاهش زمان سوئیچینگ عنصر منطقی می شود. با کاهش اندازه، مصرف برق و انرژی (محصول توان و زمان سوئیچینگ) صرف شده در هر عملیات سوئیچینگ کاهش یافت. تا سال 2005، سرعت IS 4 مرتبه قدر بهبود یافت و به کسری از نانوثانیه رسید. تعداد ترانزیستورهای یک تراشه تا 100 میلیون قطعه بود.

سهم اصلی (تا 90 درصد) در تولید جهانی از سال 1980، آی سی های دیجیتال CMOS بوده است. مزیت چنین مدارهایی این است که در هر یک از دو حالت استاتیک ("0" یا "1") یکی از ترانزیستورها بسته است و جریان در مدار توسط جریان ترانزیستور در حالت خاموش I OFF تعیین می شود. . این بدان معنی است که اگر I OFF ناچیز باشد، جریان منبع تغذیه فقط در حالت سوئیچینگ مصرف می شود و مصرف برق متناسب با فرکانس سوئیچینگ است و می توان با رابطه Ρ Σ ≈C Σ N f U 2 تخمین زد. که در آن C ظرفیت بار در خروجی عنصر منطقی، N - تعداد عناصر منطقی روی تراشه، f - فرکانس سوئیچینگ، U - ولتاژ منبع تغذیه. تقریباً تمام توان مصرفی به صورت گرمای ژول آزاد می شود که باید از کریستال حذف شود. در این حالت، توان مصرفی در حالت استاتیک (که توسط جریان I OFF و جریان های نشتی تعیین می شود) به توان مصرفی در حالت سوئیچینگ اضافه می شود. با کاهش اندازه ترانزیستورها، توان استاتیکی می تواند با توان دینامیکی قابل مقایسه باشد و به ترتیب قدر به 1 کیلو وات در هر 1 سانتی متر مربع از کریستال برسد. مشکل آزادسازی انرژی زیاد، محدودیت را ضروری می کند حداکثر فرکانسسوئیچینگ IC های CMOS با کارایی بالا در محدوده 1-10 گیگاهرتز. بنابراین، برای افزایش عملکرد "سیستم های روی یک تراشه"، معماری اضافی (به اصطلاح پردازنده های چند هسته ای) و روش های الگوریتمی.

در طول کانال ترانزیستورهای MOS از مرتبه 10 نانومتر، اثرات کوانتومی شروع به تأثیرگذاری بر ویژگی‌های ترانزیستور می‌کنند، مانند کوانتیزاسیون طولی (یک الکترون در کانال به صورت موج دو بروگل منتشر می‌شود) و کوانتیزاسیون عرضی (به دلیل باریکی) کانال)، تونل زنی مستقیم الکترون ها از طریق کانال. اثر دوم امکان استفاده از عناصر CMOS در IC ها را محدود می کند، زیرا سهم زیادی در جریان نشتی کل دارد. این در طول کانال 5 نانومتر قابل توجه است. IC های CMOS با دستگاه های کوانتومی، دستگاه های الکترونیکی مولکولی و غیره جایگزین خواهند شد.

آی سی های آنالوگ دسته وسیعی از مدارها را تشکیل می دهند که به عنوان تقویت کننده، نوسان ساز، تضعیف کننده، مبدل دیجیتال به آنالوگ و آنالوگ به دیجیتال، مقایسه کننده، تغییر فاز و غیره از جمله فرکانس پایین (LF)، فرکانس بالا عمل می کنند. (HF) و آی سی های مایکروویو. آی سی های مایکروویو مدارهایی با درجه یکپارچگی نسبتاً کم هستند که می توانند نه تنها ترانزیستورها، بلکه سلف های فیلم، خازن ها، مقاومت ها را نیز شامل شوند. برای ایجاد یک آی سی مایکروویو، نه تنها از فناوری سنتی سیلیکون استفاده می شود، بلکه از فناوری آی سی های ناهمگون مبتنی بر محلول های جامد Si - Ge، ترکیبات A III B V (به عنوان مثال، آرسنید و نیترید گالیم، فسفید ایندیم) و غیره استفاده می شود. به شما امکان می دهد تا فرکانس های کاری 10-20 گیگاهرتز را برای Si-Ge و 10-50 گیگاهرتز و بالاتر را برای آی سی های مایکروویو در اتصالات A III B V بدست آورید. آی سی های آنالوگ اغلب همراه با دستگاه های حسگر و میکرومکانیکی، بیوچیپ ها و غیره استفاده می شوند که تعامل دستگاه های میکروالکترونیک را با فرد و محیط زیست تضمین می کنند و می توان آنها را در یک بسته بندی محصور کرد. به چنین طرح هایی چند تراشه یا "سیستم در بسته" می گویند.

در آینده، توسعه IS منجر به ادغام دو جهت و ایجاد دستگاه‌های میکروالکترونیکی با پیچیدگی زیاد، شامل دستگاه‌های محاسباتی قدرتمند، سیستم‌های کنترل محیطی و وسایل ارتباطی با یک فرد خواهد شد.

روشن شد در خیابان را ببینید میکروالکترونیک.

A. A. Orlikovsky.

محتوای مقاله

مدار مجتمع(IC)، یک مدار میکروالکترونیک تشکیل شده بر روی یک ویفر کوچک (کریستال، یا "تراشه") از یک ماده نیمه هادی، معمولا سیلیکون، که برای کنترل استفاده می شود. شوک الکتریکیو پیشرفت های آن یک آی سی معمولی شامل بسیاری از اجزای میکروالکترونیکی به هم پیوسته مانند ترانزیستورها، مقاومت ها، خازن ها و دیودها است که بر روی سطح یک تراشه ساخته می شوند. اندازه بلورهای سیلیکون از حدود 1.3 × 1.3 میلی متر تا 13 × 13 میلی متر متغیر است. پیشرفت در زمینه مدارهای مجتمع منجر به توسعه فناوری هایی برای مدارهای مجتمع بزرگ و بسیار بزرگ (LSI و VLSI) شده است. این فناوری‌ها به دست آوردن آی‌سی‌ها را امکان‌پذیر می‌سازد، که هر یک حاوی هزاران مدار است: بیش از 1 میلیون جزء را می‌توان در یک تراشه شمارش کرد.

مدارهای مجتمع دارای تعدادی مزیت نسبت به پیشینیان خود هستند - مدارهایی که از اجزای جداگانه نصب شده بر روی شاسی مونتاژ شده اند. آی سی ها کوچکتر، سریعتر و قابل اعتمادتر هستند. آنها همچنین هزینه کمتری دارند و به دلیل لرزش، رطوبت و پیری کمتر مستعد خرابی هستند.

کوچک سازی مدارهای الکترونیکیبا خواص ویژه نیمه هادی ها امکان پذیر شده است. نیمه هادی ماده ای است که رسانایی الکتریکی (رسانایی) بسیار بیشتری نسبت به دی الکتریک مانند شیشه دارد، اما بسیار کمتر از هادی هایی مانند مس است. در یک ماده نیمه هادی مانند سیلیکون، الکترون های آزاد بسیار کمی در شبکه کریستالی در دمای اتاق وجود دارد که رسانایی قابل توجهی را ارائه نمی دهد. بنابراین نیمه هادی های خالص رسانایی کمی دارند. با این حال، وارد کردن یک ناخالصی مناسب به سیلیکون، هدایت الکتریکی آن را افزایش می دهد.

دوپانت ها به دو روش وارد سیلیکون می شوند. برای دوپینگ سنگین یا در مواردی که کنترل دقیق مقدار ناخالصی وارد شده ضروری نیست، معمولاً از روش انتشار استفاده می شود. انتشار فسفر یا بور معمولاً در یک جو ناخالص در دمای بین 1000 تا 1150 درجه سانتیگراد به مدت نیم ساعت تا چند ساعت انجام می شود. در کاشت یون، سیلیکون با یون های ناخالصی با سرعت بالا بمباران می شود. مقدار افزودنی قابل کاشت را می توان تا چند درصد تنظیم کرد. دقت در برخی موارد مهم است، زیرا بهره ترانزیستور به تعداد اتم های ناخالصی کاشته شده در 1 سانتی متر مربع از پایه بستگی دارد. زیر را ببینید).

تولید.

ساخت یک مدار مجتمع می تواند تا دو ماه طول بکشد زیرا برخی از مناطق نیمه هادی باید با دقت بالایی دوپ شوند. در فرآیندی به نام رشد یا کشیدن یک کریستال، ابتدا یک شمش استوانه ای از سیلیکون به دست می آید. خلوص بالا. صفحاتی با ضخامت به عنوان مثال 0.5 میلی متر از این استوانه بریده می شوند. ویفر در نهایت به صدها قطعه کوچک به نام تراشه بریده می شود که هر یک از آنها با فرآیندی که در زیر توضیح داده شده است به یک مدار مجتمع تبدیل می شود.

پردازش تراشه ها با ساخت ماسک برای هر لایه IC آغاز می شود. یک شابلون در مقیاس بزرگ ساخته شده است که به شکل مربع با مساحت تقریبی است. 0.1 متر مربع. مجموعه ای از این ماسک ها شامل تمام قسمت های تشکیل دهنده IC است: سطوح انتشار، سطوح اتصال و غیره. کل ساختار حاصل از نظر عکاسی به اندازه یک کریستال کاهش می یابد و لایه به لایه روی یک صفحه شیشه ای بازتولید می شود. لایه نازکی از دی اکسید سیلیکون روی سطح ویفر سیلیکونی رشد می کند. هر صفحه با یک ماده حساس به نور (فتوریست) پوشیده شده و در معرض نوری است که از طریق ماسک ها منتقل می شود. نواحی در معرض نور پوشش حساس به نور با یک حلال برداشته می شود و با کمک یک عامل شیمیایی دیگر که دی اکسید سیلیکون را حل می کند، دومی از مناطقی که اکنون توسط پوشش حساس به نور محافظت نمی شود، حک می شود. تغییرات این فرآیند ساخت پایه در ساخت دو نوع ساختار اصلی ترانزیستور استفاده می شود: دوقطبی و اثر میدانی (MOS).

ترانزیستور دوقطبی

چنین ترانزیستوری ساختاری مشابه دارد n-p-nیا، خیلی کمتر، مانند p-n-p. معمولا فرآیند تکنولوژیکیبا یک صفحه (زیر لایه) از مواد آلیاژی شدید شروع می شود پ-نوع یک لایه نازک از سیلیکون کمی دوپ شده به صورت اپیتاکسی روی سطح این ویفر رشد می کند. n-نوع؛ بنابراین، لایه رشد یافته همان ساختار کریستالی زیرلایه را دارد. این لایه باید شامل بخش فعال ترانزیستور باشد - کلکتورهای فردی در آن تشکیل می شود. صفحه ابتدا در یک کوره بخار بور قرار می گیرد. انتشار بور در ویفر سیلیکونی تنها در جایی اتفاق می افتد که سطح آن حکاکی شده باشد. در نتیجه، مناطق و پنجره ها از مواد تشکیل می شوند n-نوع دومین فرآیند دمای بالا، که از بخار فسفر و ماسک دیگری استفاده می کند، برای ایجاد تماس با لایه جمع کننده عمل می کند. با انجام انتشار متوالی بور و فسفر، به ترتیب یک پایه و یک قطره چکان تشکیل می شود. ضخامت پایه معمولاً چند میکرون است. این جزایر کوچک هدایت n- و پمتصل شده را تایپ کنید طرح کلیاز طریق اتصالات متقابل ساخته شده از آلومینیوم که از فاز بخار رسوب کرده یا در خلاء قرار گرفته است. گاهی اوقات از فلزات نجیب مانند پلاتین و طلا برای این منظور استفاده می شود. ترانزیستورها و سایر عناصر مدار مانند مقاومت‌ها، خازن‌ها و سلف‌ها، همراه با اتصالات مناسب می‌توانند در یک ویفر در یک سری مراحل به صورت انتشار شکل گرفته و در نتیجه یک مدار الکترونیکی کامل ایجاد شود.

ماسفت.

پرکاربردترین MOS (فلز-اکسید-نیمه رسانا) - ساختاری متشکل از دو ناحیه سیلیکون با فاصله نزدیک n-نوع اجرا شده بر روی بستر پ-نوع لایه ای از دی اکسید سیلیکون روی سطح سیلیکون و در بالای این لایه (بین مناطق n-نوع و کمی گرفتن آنها) یک لایه محلی از فلز تشکیل می شود که به عنوان یک دریچه عمل می کند. دو حوزه ذکر شده در بالا n-انواع، که منبع و تخلیه نامیده می شوند، به ترتیب به عنوان اتصال دهنده برای ورودی و خروجی عمل می کنند. از طریق پنجره های موجود در دی اکسید سیلیکون، اتصالات فلزی به منبع و تخلیه ایجاد می شود. کانال سطح باریک ساخته شده از مواد nنوع منبع و تخلیه را متصل می کند. در موارد دیگر، کانال ممکن است تحت تأثیر ولتاژ اعمال شده به دروازه ایجاد شود. هنگامی که یک ولتاژ مثبت به گیت ترانزیستور کانال القایی اعمال می شود، لایه زیر دروازه پ-type به یک لایه تبدیل می شود nنوع، و جریان، کنترل و مدوله شده توسط سیگنال اعمال شده به دروازه، از منبع به تخلیه جریان می یابد. ماسفت برق بسیار کمی مصرف می کند. امپدانس ورودی بالایی دارد، متفاوت است جریان ضعیفزنجیر تخلیه و بسیار سطح پایینسر و صدا. از آنجایی که گیت، اکسید و سیلیکون یک خازن را تشکیل می دهند، چنین دستگاهی به طور گسترده در سیستم ها استفاده می شود. حافظه کامپیوتر (زیر را ببینید). مدارهای مکمل یا CMOS از ماسفت ها به عنوان بار استفاده می کنند و زمانی که ماسفت اصلی در حالت غیر فعال است، برق مصرف نمی کنند.

پس از اتمام پردازش، صفحات به قطعات بریده می شوند. عمل برش توسط اره مدور با لبه های الماس انجام می شود. سپس هر کریستال (تراشه یا آی سی) در یکی از چندین نوع بسته بندی محصور می شود. سیم طلایی 25 میکرومتری برای اتصال قطعات آی سی به قاب سربی بسته بندی استفاده می شود. سیم های قاب ضخیم تر به شما امکان می دهد آی سی را به آن وصل کنید دستگاه الکترونیکیجایی که او کار خواهد کرد

قابلیت اطمینان.

قابلیت اطمینان یک مدار مجتمع تقریباً به اندازه یک ترانزیستور سیلیکونی با شکل و اندازه معادل است. از نظر تئوری، ترانزیستورها می توانند هزاران سال بدون شکست دوام بیاورند - یکی از مهم ترین عوامل برای کاربردهایی مانند موشک و فناوری فضایی، که در آن یک شکست می تواند به معنای شکست کامل پروژه در حال انجام باشد.

ریزپردازنده ها و مینی کامپیوترها.

ریزپردازنده ها برای اولین بار در سال 1971 به عموم ارائه شدند، اکثر عملکردهای اساسی یک کامپیوتر را بر روی یک آی سی سیلیکونی، که بر روی یک تراشه 5×5 میلی متری پیاده سازی شده بود، انجام می دادند. به لطف مدارهای مجتمع، امکان ایجاد مینی کامپیوترها - کامپیوترهای کوچک فراهم شد، که در آن همه عملکردها بر روی یک یا چند مدار مجتمع بزرگ انجام می شود. این کوچک سازی چشمگیر منجر به کاهش چشمگیر هزینه محاسبات شده است. مینی کامپیوترهایی که در حال حاضر با قیمت کمتر از 1000 دلار تولید می شوند، از نظر کارایی نسبت به اولین های بسیار بزرگ کم نیستند. کامپیوترهاکه در اوایل دهه 1960 تا 20 میلیون دلار هزینه داشت. ریزپردازنده ها در تجهیزات ارتباطی، ماشین حساب های جیبی، ساعت مچی، انتخاب کننده کانال های تلویزیونی، بازی های الکترونیکی، آشپزخانه و تجهیزات بانکی خودکار، کنترل خودکار سوخت و تصفیه گازهای خروجی در خودروها و همچنین در بسیاری از دستگاه های دیگر. بیشتر صنعت 15 میلیارد دلاری الکترونیک جهانی به یک شکل به مدارهای مجتمع متکی است. در مقیاس جهانی از مدارهای مجتمع در تجهیزاتی استفاده می شود که هزینه کل آن ده ها میلیارد دلار است.

دستگاه های ذخیره سازی کامپیوتر

در الکترونیک، اصطلاح "حافظه" معمولاً به دستگاهی اطلاق می شود که برای ذخیره اطلاعات در آن طراحی شده است فرم دیجیتال. در میان انواع مختلف دستگاه های حافظه (RAM)، حافظه با دسترسی تصادفی (RAM)، دستگاه های با شارژ (CCD) و حافظه فقط خواندنی (ROM) را در نظر بگیرید.

برای RAM، زمان دسترسی به هر سلول حافظه ای که روی تراشه قرار دارد یکسان است. چنین دستگاه هایی می توانند 65536 بیت (باینری، معمولاً 0 و 1)، یک بیت در هر سلول را ذخیره کنند و یک نوع حافظه الکترونیکی پرکاربرد هستند. روی هر تراشه تقریباً 150 هزار قطعه رم با ظرفیت 256 کیلوبیت بر ثانیه (K = 2 10 = 1024؛ 256 K = 262 144) تولید می شود. در دستگاه های حافظه با نمونه برداری متوالی، گردش بیت های ذخیره شده مانند یک خط لوله بسته اتفاق می افتد (در CCD ها از این نوع نمونه برداری استفاده می شود). در یک CCD، که یک آی سی پیکربندی شده خاص است، بسته هایی از بارهای الکتریکی را می توان در زیر صفحات فلزی ریز قرار داد که در فواصل کوتاه از یکدیگر قرار دارند و به صورت الکتریکی از تراشه جدا شده اند. بنابراین بار (یا کمبود آن) می تواند از طریق یک دستگاه نیمه هادی از یک سلول به سلول دیگر منتقل شود. در نتیجه، حفظ اطلاعات در قالب دنباله ای از یک ها و صفرها امکان پذیر می شود ( کد باینری) و همچنین دسترسی به آن در صورت لزوم. اگرچه CCD ها از نظر سرعت نمی توانند با RAM رقابت کنند، اما می توانند حجم زیادی از اطلاعات را با هزینه کمتری پردازش کنند و در جاهایی که نیازی به حافظه دسترسی تصادفی نیست از آنها استفاده می شود. رم پیاده سازی شده روی چنین آی سی فرار است و اطلاعات ثبت شده در آن با قطع برق از بین می رود. اطلاعات در ROM ذخیره می شود فرایند تولیدو به طور دائم ذخیره می شود.

توسعه و تولید انواع جدید داعش متوقف نمی شود. رام قابل برنامه ریزی قابل پاک شدن (EPROM) دارای دو شاتر است که یکی بالای دیگری روی هم قرار گرفته اند. هنگامی که ولتاژ به گیت بالایی اعمال می شود، ولتاژ پایین می تواند شارژی دریافت کند که مربوط به 1 کد باینری است و هنگام سوئیچ کردن (معکوس کردن) ولتاژ، گیت می تواند شارژ خود را از دست بدهد که مربوط به 0 کد باینری است.

فقط بیست و پنج سال پیش، آماتورهای رادیویی و متخصصان نسل قدیمی مجبور شدند دستگاه های جدیدی را برای آن زمان مطالعه کنند - ترانزیستورها. تسلیم شدن آسان نبود لوله های الکترونیکی، که بسیار به آن عادت کرده اند و به شلوغی و رشد "خانواده" دستگاه های نیمه هادی روی می آورند.

و اکنون این "خانواده" جای خود را در مهندسی رادیو و الکترونیک بیشتر و بیشتر کرده است. دستگاه های نیمه هادیآخرین نسل - مدارهای مجتمع که اغلب به اختصار IC نامیده می شود.

مدار مجتمع چیست؟

مدار مجتمع- این یک واحد الکترونیکی مینیاتوری حاوی ترانزیستورها، دیودها، مقاومت ها و سایر عناصر فعال و غیرفعال در یک محفظه مشترک است که تعداد آنها می تواند به چند ده هزار برسد.

یک ریز مدار می تواند جایگزین کل واحد یک گیرنده رادیویی، یک کامپیوتر الکترونیکی (ECM) و یک ماشین الکترونیکی شود. برای مثال، «مکانیسم» یک ساعت مچی الکترونیکی، تنها یک تراشه بزرگتر است.

مدارهای مجتمع با توجه به هدف عملکردی خود به دو گروه اصلی تقسیم می شوند: ریز مدارهای آنالوگ یا خطی پالس و منطقی یا دیجیتال.

ریزمدارهای آنالوگ برای تقویت، تولید و تبدیل نوسانات الکتریکی فرکانس های مختلف، به عنوان مثال، برای گیرنده ها، تقویت کننده ها، و ریز مدارهای منطقی برای استفاده در دستگاه های اتوماسیون، در دستگاه های با خواندن دیجیتالزمان در کامپیوتر

این کارگاه به آشنایی با دستگاه، اصل کارکرد و کاربرد احتمالی ساده ترین مدارهای مجتمع آنالوگ و منطقی اختصاص دارد.

روی تراشه آنالوگ

از میان "خانواده" بزرگ آنالوگ، ساده ترین آنها ریزمدارهای دوقلو "K118UN1A (K1US181A) و K118UN1B (K1US181B) هستند که در سری K118 گنجانده شده است.

هر یک از آنها یک تقویت کننده حاوی ... با این حال، بهتر است در مورد الکترونیکی "پر کردن" بعدا صحبت کنیم. در این بین آنها را "جعبه های سیاه" با سرنخ هایی برای اتصال منابع تغذیه، قطعات اضافی، مدارهای ورودی و خروجی به آنها در نظر خواهیم گرفت.

تفاوت بین آنها فقط در افزایش نوسان فرکانس پایین آنها نهفته است: بهره تراشه K118UN1A در فرکانس 12 کیلوهرتز 250 و تراشه K118UN1B 400 است.

بر فرکانس های بالاآه، ضریب تقویت این ریزمدارها یکسان است - حدود 50. بنابراین می توان از هر یک از آنها برای تقویت نوسانات فرکانس های پایین و بالا و در نتیجه برای آزمایش های ما استفاده کرد. ظاهرو سمبلاز این مدارهای تقویت کننده در نمودار مدار دستگاه ها در شکل نشان داده شده است. 88.

بدن آنها پلاستیکی است مستطیلی شکل. در بالای کیس یک برچسب وجود دارد که به عنوان نقطه مرجع برای شماره پین ​​ها عمل می کند. ریز مدارها برای تامین برق از منبع طراحی شده اند جریان مستقیمولتاژ 6.3 ولت که از طریق پایانه های 7 (+ Upit) و 14 (— Uپیت).

منبع تغذیه ممکن است یک منبع تغذیه AC تنظیم شده یا یک باتری متشکل از چهار سلول 334 و 343 باشد.

اولین آزمایش با ریزمدار K118UN1A (یا K118UN1B) طبق طرح نشان داده شده در شکل انجام شد. 89. به عنوان برد مدار، از یک صفحه مقوایی به ابعاد تقریبی 50X40 میلی متر استفاده کنید.

پین های ریزتراشه 1, 7, 8 و 14 به منگنه های سیمی که از سوراخ های مقوا عبور می کنند لحیم کنید. همه آنها به عنوان قفسه های نگهدارنده ریز مدار روی برد و براکت های پین 7 عمل می کنند. 14, علاوه بر این، اتصال مخاطبین با باتری گیگابایت1 (یا بلوک شبکهتغذیه).

بین آنها، در هر دو طرف ریز مدار، دو یا سه تماس دیگر را تقویت کنید، که برای جزئیات بیشتر میانی خواهد بود. خازن ها را روی برد نصب کنید C1(نوع K50-6 یا K50-3) و C2(KJAS، BM، MBM)، هدفون را به خروجی ریز مدار متصل کنید در 2.

به ورودی ریز مدار (از طریق خازن) وصل شوید ج1)میکروفون الکترودینامیک در 1از هر نوع یا کپسول تلفن DEM-4m، برق را روشن کنید و با فشار دادن تلفن ها به گوش خود، به آرامی با یک مداد به میکروفون ضربه بزنید. اگر خطای ویرایش وجود نداشته باشد، تلفن ها باید صداهایی شبیه به کلیک بر روی درام را بشنوند.

از یک دوست بخواهید در مقابل میکروفون چیزی بگوید - صدای او را در تلفن خواهید شنید. به جای میکروفون، می توانید یک بلندگوی پخش رادیویی (مشترک) را با ترانسفورماتور منطبق آن به ورودی ریز مدار متصل کنید. تأثیر تقریباً یکسان خواهد بود.

در ادامه آزمایش با یک دستگاه تلفن تک کاره، بین هادی مشترک (منفی) مدار برق و خروجی وصل شوید. 12 خازن الکترولیتی آی سی شمال غربی،در نمودار با خطوط چین نشان داده شده است. در عین حال باید حجم صدای گوشی ها افزایش پیدا کند.

اگر همان خازن در مدار خروجی گنجانده شود، تلفن‌ها حتی بلندتر می‌شوند 5 (در شکل 89 - خازن ج4).اما اگر در همان زمان تقویت کننده برانگیخته شود، باید یک خازن الکترولیتی با ظرفیت 5-10 میکروفاراد بین سیم مشترک و ترمینال 11 وصل شود. ولتاژ اسمی 10 ولت

تجربه دیگر: بین نتیجه گیری روشن کنید 10 و 3 تراشه های سرامیکی یا خازن کاغذبا ظرفیت 5 تا 10 هزار پیکو فاراد. چی شد؟ در تلفن‌ها صدایی بی‌وقفه با تناژ متوسط ​​ظاهر شد. با افزایش ظرفیت این خازن باید تن صدای گوشی ها کاهش یابد و با کاهش آن افزایش یابد. این را بررسی کنید.

و حالا بیایید این "جعبه سیاه" را باز کنیم و "پر کردن" آن را در نظر بگیریم (شکل 90). بله، تقویت کننده دو مرحله ای با اتصال مستقیم بین ترانزیستورهای آن است. ترانزیستورهای سیلیکونی، ساختارها n -R-n. سیگنال فرکانس پایین تولید شده توسط میکروفون (از طریق خازن C1) به ورودی میکرو مدار (پایه 3) تغذیه می شود.

افت ولتاژ ایجاد شده در مقاومت آر6 در مدار امیتر ترانزیستور V2, از طریق مقاومت ها آر4 و آر5 روی پایه ترانزیستور اعمال می شود VI و آن را باز می کند. مقاومت آر1 — بار این ترانزیستور از آن حذف شده است سیگنال تقویت شدهبه پایه ترانزیستور می رود V2 برای تقویت بیشتر

در یک تقویت کننده تجربی، بار ترانزیستور V2 هدفون هایی در مدار جمع کننده او وجود داشت که تبدیل شد سیگنال فرکانس پایینبه صدا

اما بار آن می تواند یک مقاومت باشد آر5 ریز مدارها، اگر نتیجه گیری ها را به هم وصل کنید 10 و 9. در این حالت، تلفن ها باید بین سیم مشترک و نقطه اتصال این نتیجه گیری ها از طریق یک خازن الکترولیتی با ظرفیت چند میکروفاراد (پوشش مثبت به ریز مدار) متصل شوند.

هنگامی که یک خازن بین سیم مشترک و خروجی وصل می شود 12 حجم صدای تراشه افزایش یافت، چرا؟ چون او در حال شنت کردن یک مقاومت است آر6 ریز مدار، بازخورد منفی جریان متناوب در آن را تضعیف کرد.

هنگامی که خازن دوم را در مدار پایه ترانزیستور قرار دادید، بازخورد منفی حتی ضعیف تر شد V1. و سومین خازن که بین سیم مشترک و خروجی وصل شده است 11, با مقاومت تشکیل شده است آر7 فیلتر جداسازی آی سی برای جلوگیری از تحریک آمپلی فایر.

وقتی خازن بین پایانه ها را روشن می کنید چه اتفاقی می افتد 10 و 5؟ او یک بازخورد مثبت بین خروجی و ورودی تقویت کننده ایجاد کرد که آن را به یک ژنراتور نوسان فرکانس صوتی تبدیل کرد.

بنابراین، همانطور که می بینید، تراشه K118UN1B (یا K118UN1A) یک تقویت کننده است که می تواند فرکانس پایین یا فرکانس بالا باشد، به عنوان مثال، در یک گیرنده. اما همچنین می تواند به مولد نوسانات الکتریکی فرکانس های پایین و بالا تبدیل شود.

تراشه در رادیو

ما پیشنهاد می کنیم این ریزمدار را در مسیر فرکانس بالای گیرنده آزمایش کنیم، به عنوان مثال، طبق مدار نشان داده شده در شکل. 91. مدار ورودی آنتن مغناطیسی چنین گیرنده ای توسط یک سیم پیچ تشکیل می شود L1 و یک خازن متغیر C1. سیگنال فرکانس بالا ایستگاه رادیویی که مدار روی موج آن تنظیم می شود، از طریق سیم پیچ ارتباطی L2 و خازن جداسازی C2به ورودی (خروجی) می رود 3) ریزتراشه ها L1.

از خروجی ریز مدار (خروجی 10, به خروجی متصل است 9) سیگنال تقویت شده از طریق یک خازن تغذیه می شود C4برای آشکارساز، دیود VI و V2 که با توجه به مدار ضرب ولتاژ و سیگنال فرکانس پایین که توسط تلفن به آنها اختصاص داده شده است در 1به صدا تبدیل شده است. گیرنده با باتری تغذیه می شود گیگابایت1, متشکل از چهار عنصر 332، 316 یا پنج باتری D-01.

در بسیاری از گیرنده های ترانزیستوری، تقویت کننده مسیر فرکانس بالا توسط ترانزیستورها و در این یکی - یک ریزمدار تشکیل می شود. این تنها تفاوت آنهاست. با تجربه کارگاه های قبلی امیدوارم بتوانید به طور مستقل سوار و جیچنین گیرنده ای را تنظیم کنید و حتی در صورت تمایل آن را با تقویت کننده LF برای دریافت رادیو با صدای بلند تکمیل کنید.

روی یک تراشه منطقی

بخش جدایی ناپذیر بسیاری از مدارهای مجتمع دیجیتال عنصر منطقی AND-NOT است که نماد آن را در شکل مشاهده می کنید. 92، آ.نماد آن یک "&" است که در داخل یک مستطیل، معمولاً در گوشه سمت چپ بالا قرار می گیرد و جایگزین "و" می شود. زبان انگلیسی. دو یا چند ورودی در سمت چپ، یک خروجی در سمت راست.

یک دایره کوچک که خط سیگنال خروجی را آغاز می کند، نمادی از نفی منطقی "NO" در خروجی ریزمدار است. در زبان فناوری دیجیتال، "NOT" به این معنی است که عنصر AND-NOT یک اینورتر است، یعنی دستگاهی که پارامترهای خروجی آن مخالف پارامترهای ورودی است.

وضعیت الکتریکی و عملکرد یک عنصر منطقی با سطوح سیگنال در ورودی و خروجی آن مشخص می شود. سیگنالی با ولتاژ کوچک (یا صفر) که سطح آن از 0.3 - 0.4 ولت تجاوز نمی کند، معمولاً (مطابق با سیستم اعداد باینری) صفر منطقی (0) نامیده می شود و سیگنال بیشتر است. ولتاژ بالا(در مقایسه با 0 منطقی)، که سطح آن می تواند 2.5 - 3.5 V باشد، یک واحد منطقی است (1).

به عنوان مثال، آنها می گویند: "در خروجی عنصر، منطقی 1." این بدان معنی است که در حال حاضر سیگنالی در خروجی عنصر ظاهر شده است که ولتاژ آن مطابق با سطح منطق 1 است.

برای اینکه به فناوری و دستگاه عنصر NAND نپردازیم، آن را به عنوان یک "جعبه سیاه" در نظر می گیریم که دارای دو ورودی و یک خروجی برای سیگنال الکتریکی است.

منطق عنصر در این واقعیت نهفته است که وقتی یک O منطقی به یکی از ورودی های آن اعمال می شود و یک منطقی 1 به ورودی دوم، یک سیگنال منطقی 1 در خروجی ظاهر می شود که با اعمال سیگنال های منطقی 1 ناپدید می شود. به هر دو ورودی

برای آزمایش هایی که این ویژگی عنصر را در حافظه ثابت می کند، به رایج ترین ریزمدار K155LAZ، یک ولت متر DC، یک باتری 3336 لیتری تازه و دو مقاومت با مقاومت 1 ... 1.2 کیلو اهم نیاز دارید.

تراشه K155LAZ از چهار عنصر 2I-NOT تشکیل شده است (شکل 92، ب)توسط یک منبع مشترک 5 ولت DC تغذیه می شود، اما هر یک از آنها به عنوان یک دستگاه منطقی مستقل عمل می کنند. عدد 2 در نام ریز مدار نشان می دهد که عناصر آن دارای دو ورودی هستند.

از نظر ظاهر و طراحی، مانند همه ریز مدارهای سری K155، با ریز مدار آنالوگ K118UN1 که قبلاً برای شما آشنا بود، تفاوتی ندارد، فقط قطبیت اتصال منبع تغذیه متفاوت است. بنابراین، تخته مقوایی که قبلا ساخته اید نیز برای آزمایش با این میکرو مدار مناسب است. منبع تغذیه متصل است: +5 ولت - به پایه 7 اینچ — 5 ب - نتیجه گیری 14.

اما این نتایج معمولاً در تصویر شماتیک ریز مدار نشان داده نمی شوند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که بنیادی نمودارهای الکتریکیعناصری که ریزمدار را تشکیل می دهند به طور جداگانه به تصویر کشیده شده اند، به عنوان مثال، همانطور که در شکل. 92، ج. برای آزمایش، می توانید از هر یک از چهار عنصر آن استفاده کنید.

پین های تراشه 1، 7, 8 و 14 قفسه های سیمی را روی یک تخته مقوایی لحیم کنید (مانند شکل 89). یکی از پایه های ورودی هر یک از عناصر آن، به عنوان مثال، یک عنصر با پین 1 — 3, از طریق یک مقاومت با مقاومت 1 ... 1.2 کیلو اهم به خروجی متصل شوید 14, خروجی ورودی دوم مستقیماً با یک هادی مشترک ("زمین شده") مدار قدرت است و یک ولت متر DC را به خروجی المنت وصل می کنیم (شکل 93، آ).

برق را روشن کنید. ولت متر چه چیزی را نشان می دهد؟ ولتاژ تقریباً 3 ولت. این ولتاژ مربوط به سیگنال منطقی 1 در خروجی المنت است. با همین ولت متر، ولتاژ خروجی ورودی اول را اندازه گیری کنید و در اینجا همانطور که می بینید 1 منطقی است. بنابراین وقتی یکی از ورودی های المنت دارای 1 منطقی است و دومی یک 0 منطقی، خروجی یک منطقی 1 خواهد بود.

حال خروجی و ورودی دوم را از طریق یک مقاومت با مقاومت 1 ... 1.2 کیلو اهم با خروجی وصل کنید. 14 و در همان زمان یک بلوز سیم - با یک هادی مشترک، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 93b.

در این حالت، خروجی، مانند آزمایش اول، منطقی 1 خواهد بود. در ادامه، به دنبال فلش ولت متر، جامپر سیم را بردارید تا سیگنالی مطابق با منطق 1 به ورودی دوم اعمال شود.

ولت متر چه چیزی را اندازه می گیرد؟ سیگنال خروجی عنصر به 0 منطقی تبدیل شده است. اینطوری باید باشد! و اگر هر یک از ورودی ها به طور متناوب به یک سیم مشترک بسته شود و در نتیجه تامین 0 منطقی به آن شبیه سازی شود، در این صورت پالس های جریان در خروجی عنصر با همان فرکانس ظاهر می شوند، همانطور که نوسانات سوزن ولت متر نشان می دهد. . آزمایشی آن را بررسی کنید.

ویژگی عنصر AND-NOT برای تغییر حالت خود تحت تأثیر سیگنال های کنترل ورودی به طور گسترده ای در دستگاه های مختلفمحاسبات دیجیتال آماتورهای رادیویی، به ویژه مبتدیان، اغلب از یک عنصر منطقی به عنوان یک اینورتر استفاده می کنند - دستگاهی که سیگنال خروجی آن مخالف سیگنال ورودی است.

آزمایش زیر می تواند این ویژگی یک عنصر را تایید کند. پایانه های هر دو ورودی المنت را به هم وصل کنید و از طریق یک مقاومت با مقاومت 1 ... 1.2 کیلو اهم آنها را به ترمینال وصل کنید. 14 (شکل 93، V).

بنابراین شما به ورودی مشترک عنصر یک سیگنال مربوط به منطق 1 اعمال می کنید که ولتاژ آن را می توان با یک ولت متر اندازه گیری کرد. خروجی این کار چیست؟

سوزن ولت متر متصل به آن کمی از علامت صفر ترازو منحرف شد. بنابراین، در اینجا، همانطور که انتظار می رود، سیگنال با 0 منطقی مطابقت دارد.

سپس، بدون جدا کردن مقاومت از خروجی 14 ریز مدار، چندین بار در یک ردیف ورودی عنصر را به یک هادی مشترک با یک بلوز سیمی ببندید (در شکل 93، Vبا یک خط چین با فلش نشان داده شده است) و در همان زمان سوزن ولت متر را دنبال کنید. بنابراین مطمئن خواهید شد که وقتی ورودی اینورتر منطقی 0 است، خروجی در این زمان منطقی 1 است و برعکس، زمانی که ورودی منطقی 1 است، خروجی 0 منطقی است.

اینورتر اینگونه کار می کند که مخصوصاً توسط آماتورهای رادیویی در دستگاه های ضربه ای که طراحی می کنند استفاده می شود.

نمونه ای از چنین دستگاهی یک مولد پالس است که مطابق مدار نشان داده شده در شکل 1 مونتاژ شده است. 94. می توانید همین الان کارایی آن را بررسی کنید و فقط چند دقیقه روی آن صرف کنید.

خروجی عنصر D1.1 را به ورودی های المنت وصل کنید D1.2 همان ریز مدار خروجی آن با ورودی های المنت است دی جی.3, و خروجی این عنصر (خروجی 8) - با ورودی عنصر D1.1 از طریق یک مقاومت متغیر R1 . برای خروجی عنصر D1.3 (بین خروجی 8 و یک هادی مشترک) هدفون را به هم وصل کنید ب1, یک موازی با عناصر D1.1 و D1.2 خازن الکترولیتی C1.

موتور مقاومت متغیر را در سمت راست (طبق نمودار) قرار دهید و برق را روشن کنید - صدایی را در تلفن ها می شنوید که صدای آن را می توان با یک مقاومت متغیر تغییر داد.

در این آزمایش عناصر D1.1, D1.2 وD1.3, به صورت سری به هم متصل شده اند، مانند ترانزیستورهای یک تقویت کننده سه مرحله ای، آنها یک مولتی ویبراتور را تشکیل می دهند - یک مولد تکانه های الکتریکی مستطیلی.

ریزمدار به لطف خازن و مقاومت به یک ژنراتور تبدیل شد که مدارهای وابسته به فرکانس را بین خروجی و ورودی عناصر ایجاد می کرد. بازخورد. با یک مقاومت متغیر، فرکانس پالس های تولید شده توسط مولتی ویبراتور را می توان به آرامی از حدود 300 هرتز به 10 کیلوهرتز تغییر داد.

کدام استفاده عملیمی تواند این را پیدا کند دستگاه ضربه ای? به عنوان مثال، می تواند به یک زنگ خانه، یک کاوشگر برای بررسی عملکرد آبشارهای گیرنده و تقویت کننده باس، یک ژنراتور برای آموزش گوش دادن به الفبای تلگراف تبدیل شود.

دستگاه اسلات خانگی روی یک تراشه

چنین دستگاهی را می توان به یک ماشین اسلات قرمز یا سبز تبدیل کرد. نمودار چنین دستگاه ضربه ای در شکل نشان داده شده است. 95. در اینجا عناصر است D1.1, D1.2, D1.3 همان (یا همان) تراشه K155LAZ و یک خازن C1یک مولتی ویبراتور مشابه را تشکیل می دهند که پالس های آن ترانزیستورها را کنترل می کنند VI و V2, مطابق طرح با یک امیتر مشترک متصل می شود.

عنصر D1.4 مانند یک اینورتر کار می کند. به لطف او، پالس های مولتی ویبراتور به پایه های ترانزیستور در آنتی فاز می رسند و آنها را یکی یکی باز می کنند. بنابراین، برای مثال، زمانی که سطح منطق 1 در ورودی اینورتر و سطح منطق 0 در خروجی است، در این لحظات، ترانزیستور در 1باز و لامپ سلام در مدار جمع کننده آن روشن است و ترانزیستور V2 بسته و لامپ او H2نمی سوزد.

در پالس بعدی، اینورتر حالت خود را معکوس می کند. اکنون ترانزیستور باز می شود V2 و چراغ روشن خواهد شد H2،یک ترانزیستور VI لامپ را روشن کنید اچ1 بیرون خواهند رفت.

اما فرکانس پالس های تولید شده توسط مولتی ویبراتور نسبتاً زیاد است (حداقل 15 کیلوهرتز) و البته لامپ ها نمی توانند به هر پالس پاسخ دهند.

بنابراین، آنها تاریک می درخشند. اما ارزش آن را دارد که دکمه S1 را فشار دهید تا خازن با مخاطبین آن اتصال کوتاه شود C1و در نتیجه تولید مولتی ویبراتور را مختل می کند، زیرا نور یکی از ترانزیستورها بلافاصله به شدت روشن می شود، بر اساس آن در آن لحظه ولتاژی مطابق با منطق 1 وجود خواهد داشت و نور دیگر به طور کامل خاموش می شود.

نمی توان از قبل گفت که کدام یک از لامپ ها پس از فشار دادن دکمه همچنان می سوزد - فقط می توان حدس زد. این معنای بازی است.

دستگاه بازی همراه با باتری (3336L یا سه سلول 343 متصل به صورت سری) را می توان در یک جعبه کوچک، به عنوان مثال، در مورد یک گیرنده "جیب" قرار داد.

لامپ های رشته ای سلام و H2(MH2.5-0.068 یا MH2.5-0.15) زیر سوراخ های دیواره جلویی کیس قرار دهید و آنها را با درپوش یا صفحات شیشه ارگانیک قرمز و سبز ببندید. در اینجا سوئیچ پاور (تغییر سوئیچ TV-1) و کلید دکمه ای را نیز تعمیر کنید §1(نوع P2K یا KM-N) مولتی ویبراتور را متوقف می کند.

استقرار دستگاه اسلاتاین است که مقاومت را با دقت انتخاب کنید آر1. مقاومت آن باید به گونه ای باشد که وقتی مولتی ویبراتور را با دکمه متوقف می کنید اس1 حداقل 80 تا 100 برابر تعداد آتش سوزی هر یک از لامپ ها تقریباً یکسان بود.

ابتدا بررسی کنید که آیا مولتی ویبراتور کار می کند یا خیر. برای انجام این کار، به موازات خازن C1، e، که ظرفیت آن می تواند 0.1 ... 0.5 μF باشد، یک خازن الکترولیتی با ظرفیت 20 ... 30 μF و هدفون را به خروجی مولتی ویبراتور متصل کنید - یک صدای کم صدا باید در تلفن ها ظاهر شود.

این صدا نشانه کارکرد مولتی ویبراتور است. سپس خازن الکترولیتی، مقاومت را بردارید آر1 با یک مقاومت پیرایش با مقاومت 1.2 ... 1.3 کیلو اهم و بین پایانه ها جایگزین کنید 8 و 11 عنصر DI.3 و D1.4 ولت متر DC را روشن کنید با تغییر مقاومت مقاومت تنظیم، به موقعیتی دست یابید که ولت متر بین خروجی های این عناصر ریز مدار، ولتاژ صفر را نشان دهد.

تعداد بازیکنان می تواند هر کدام باشد. همه به نوبه خود دکمه توقف مولتی ویبراتور را فشار می دهند. برنده کسی است که با تعداد مساوی حرکت مثلاً بیست دکمه را فشار دهد. بیشتریک بار پس از توقف مولتی ویبراتور رنگ لامپ ها را حدس بزنید.

متأسفانه فرکانس مولتی ویبراتور ساده ترین دستگاه بازی که در اینجا توضیح داده شده است، به دلیل تخلیه باتری تا حدودی تغییر می کند که البته بر احتمال احتراق لامپ های مختلف تأثیر می گذارد، بنابراین بهتر است آن را از یک منبع ولتاژ تثبیت شده تغذیه کنید. از 5 ولت

ادبیات: Borisov V. G. تمرین برای یک رادیو آماتور مبتدی. ویرایش دوم، تجدید نظر شده. و اضافی - M.: DOSAAF, 1984. 144 p., ill. 55 هزار