İlk entegre devre ortaya çıktı Büyük entegre devreler

) ilk olarak birçok standart elektronik bileşeni monolitik bir yarı iletken kristalde birleştirme fikrini ortaya attı. O yıllarda bu önerilerin hayata geçirilmesi teknolojinin yeterince gelişmemesi nedeniyle gerçekleşememişti.

1958'in sonu ve 1959'un ilk yarısında yarı iletken endüstrisinde bir atılım gerçekleşti. Üç özel Amerikan şirketini temsil eden üç kişi, kuruluşunu engelleyen üç temel sorunu çözdü Entegre devreler. Jack Kilby of Teksas Aletler birleştirme ilkesinin patentini aldı, ilk kusurlu IS prototiplerini yarattı ve seri üretime geçirdi. Kurt Legovets'ten Sprague Elektrik Şirketi tek bir yarı iletken çip üzerinde oluşturulan bileşenlerin elektriksel izolasyonu için bir yöntem icat etti (bir p-n bağlantısıyla izolasyon (İng. P–n bağlantı izolasyonu)). Robert Noyce Fairchild Yarıiletken IC bileşenlerinin elektriksel bağlantısı için bir yöntem icat etti (alüminyum kaplama) ve Jean Ernie'nin (İng. Jean Hoerni). 27 Eylül 1960 Jay Last'in grubu Jay Son) tarihinde oluşturuldu Fairchild Yarıiletken ilk çalışma yarı iletken Noyce ve Ernie'nin fikirleri üzerine fikri mülkiyet. Teksas Aletleri Kilby'nin buluşunun patentine sahip olan şirket, rakiplere karşı bir patent savaşı başlattı ve bu savaş 1966'da dünya çapında bir teknoloji çapraz lisanslama anlaşmasıyla sona erdi.

Bahsedilen serinin ilk mantık IC'leri kelimenin tam anlamıyla standart boyutları ve konfigürasyonları teknolojik süreç tarafından belirlenen bileşenler. Belirli bir ailenin mantık IC'lerini tasarlayan devre mühendisleri, aynı tipik diyotlar ve transistörlerle çalışıyordu. 1961-1962'de tasarım paradigması baş geliştirici tarafından bozuldu Sylvania Tom Longo, ilk kez çeşitli Devredeki işlevlerine bağlı olarak transistörlerin konfigürasyonu. 1962'nin sonunda Sylvania Longo tarafından geliştirilen ilk transistör-transistör mantığı (TTL) ailesini piyasaya sürdü - tarihsel olarak piyasada uzun süre yer edinmeyi başaran ilk entegre mantık türü. Analog devrelerde bu seviyede bir atılım 1964-1965'te işlemsel yükselteçlerin geliştiricisi tarafından yapıldı. Fairchild Bob Vidlar.

SSCB'de ilk hibrit kalın film entegre devre(seri 201 "Yol") 1963-65'te Hassas Teknoloji Araştırma Enstitüsü'nde ("Angstrem") geliştirildi, 1965'ten beri seri üretime alındı. Geliştirmeye NIEM'den (şimdi NII Argon) uzmanlar katıldı.

SSCB'deki ilk yarı iletken entegre devre, 1960'ların başında NII-35'te (daha sonra NII Pulsar olarak yeniden adlandırıldı) bir ekip tarafından geliştirilen ve daha sonra NIIME'ye (Mikron) aktarılan düzlemsel teknoloji temelinde oluşturuldu. İlk yerli silikon entegre devrenin oluşturulması, bir dizi entegre silikon devre TC-100'ün (37 eleman - bir flip-flop'un devre karmaşıklığına eşdeğer, Amerikan'ın bir analogu) askeri kabulü ile geliştirilmesine ve üretimine odaklandı. IC serisi SN-51 firma Teksas Aletler). Yeniden üretime yönelik silikon entegre devrelerin prototipleri ve üretim örnekleri ABD'den temin edildi. Çalışma, balistik füze yönlendirme sisteminin otonom altimetresinde kullanılmak üzere savunma emri altında NII-35 (yönetici Trutko) ve Fryazinsky Yarı İletken Fabrikasında (yönetici Kolmogorov) gerçekleştirildi. Geliştirme, TS-100 serisinin altı tipik entegre silikon düzlemsel devresini içeriyordu ve pilot üretimin organizasyonuyla birlikte NII-35'te (1962'den 1965'e kadar) üç yıl sürdü. Fryazino'da (1967) askeri kabulle fabrika üretiminde uzmanlaşmak iki yıl daha aldı.

Buna paralel olarak merkezi bir entegre devrenin geliştirilmesine yönelik çalışmalar yürütüldü. Tasarım Ofisi Voronezh Yarı İletken Cihazlar Fabrikasında (şimdi -). 1965 yılında, Elektronik Endüstrisi Bakanı A. I. Shokin'in VZPP'yi ziyareti sırasında, tesise silikon monolitik bir devre - Ar-Ge "Titan" (16 Ağustos tarih ve 92 sayılı Bakanlık Emri) oluşturulması konusunda araştırma çalışmaları yapması talimatı verildi. , 1965), yıl sonunda tamamlanan programın ilerisindeydi. Konu başarılı bir şekilde Devlet Komisyonuna sunuldu ve 104 diyot-transistörlü mantık devresi serisi, katı hal mikroelektronik alanında ilk sabit başarı oldu ve bu, Ekonomik Kalkınma Bakanlığı'nın 30 Aralık tarihli emrine yansıdı. 1965 Sayı 403.

Tasarım seviyeleri

Şu anda (2014), entegre devrelerin çoğu, örneğin topolojik fotoğraf maskeleri elde etmek gibi üretim süreçlerini otomatikleştirmenize ve önemli ölçüde hızlandırmanıza olanak tanıyan özel CAD sistemleri kullanılarak tasarlanmıştır.

sınıflandırma

Entegrasyon derecesi

Entegrasyon derecesine bağlı olarak uygulayın aşağıdaki başlıklar Entegre devreler:

• küçük entegre devre (MIS) - bir kristalde 100'e kadar eleman,
• orta entegre devre (SIS) - bir kristalde 1000'e kadar eleman,
• büyük entegre devre (LSI) - bir kristalde 10 bine kadar eleman,
• çok büyük entegre devre (VLSI) - bir kristalde 10 binden fazla eleman.

Daha önce, artık kullanılmayan isimler de kullanılıyordu: ultra büyük ölçekli bir entegre devre (ULSI) - bir kristalde 1-10 milyondan 1 milyara kadar element ve bazen giga büyük bir entegre devre (GBIS) - 1'den fazla Bir kristalde milyarlarca element var. Şu anda 2010'larda "UBIS" ve "GBIS" isimleri pratikte kullanılmamakta ve 10 binden fazla elemana sahip tüm mikro devreler VLSI olarak sınıflandırılmaktadır.

Üretim teknolojisi

• Yarı iletken mikro devre - tüm elemanlar ve ara bağlantılar tek bir yarı iletken kristal (örneğin silikon, germanyum, galyum arsenit, hafniyum oksit) üzerinde yapılır.

• Film entegre devre - tüm elemanlar ve ara bağlantılar film şeklinde yapılır:
  • kalın film entegre devre;
  • ince film entegre devre.
• Hibrit IC (genellikle şöyle anılır) mikro montaj), birkaç çıplak diyot, çıplak transistör ve/veya diğer elektronik aktif bileşenleri içerir. Mikro montaj aynı zamanda paketlenmemiş entegre devreleri de içerebilir. Pasif mikro montaj bileşenleri (dirençler, kapasitörler, indüktörler) genellikle hibrit mikro devrenin ortak, genellikle seramik bir alt tabakası üzerinde ince film veya kalın film teknolojileri kullanılarak üretilir. Bileşenlerle birlikte alt tabakanın tamamı tek bir sızdırmaz muhafazaya yerleştirilir.
• Karışık mikro devre - yarı iletken bir kristale ek olarak, kristalin yüzeyine yerleştirilmiş ince film (kalın film) pasif elemanlar içerir.

İşlenen sinyalin türü

Üretim teknolojileri

Mantık türleri

Analog devrelerin ana elemanı transistörlerdir (iki kutuplu veya alan). Transistör üretim teknolojisindeki fark, mikro devrelerin özelliklerini önemli ölçüde etkiler. Bu nedenle, mikro devrenin özelliklerinin ve yeteneklerinin genel özelliklerini vurgulamak için üretim teknolojisi genellikle mikro devrenin açıklamasında belirtilir. İÇİNDE modern teknolojiler gelişmiş çip performansı elde etmek için bipolar ve alan etkili transistör teknolojilerini birleştirir.

• Tek kutuplu (alan) transistörlerdeki mikro devreler en ekonomik olanlardır (mevcut tüketim açısından):
  • MOS mantığı (metal-oksit-yarı iletken mantığı) - mikro devreler alan etkili transistörlerden oluşur N-MOS veya P-MOS tipi;
  • CMOS mantığı (tamamlayıcı MOS mantığı) - mikro devrenin her mantıksal elemanı bir çift tamamlayıcı (tamamlayıcı) alan etkili transistörden oluşur ( N-MOS ve P-MOS).
• Bipolar transistörlerdeki mikro devreler:
  • RTL - direnç-transistör mantığı (eski, yerini TTL almıştır);
  • DTL - diyot-transistör mantığı (eski, yerini TTL almıştır);
  • TTL - transistör-transistör mantığı - mikro devreler, girişte çok yayıcı transistörlere sahip iki kutuplu transistörlerden yapılmıştır;
  • TTLSH - Schottky diyotlu transistör-transistör mantığı - Schottky efektli bipolar transistörleri kullanan geliştirilmiş bir TTL;
  • ESL - yayıcıya bağlı mantık - açık bipolar transistörlerçalışma modu, performansı önemli ölçüde artıran doygunluk moduna girmeyecek şekilde seçilmiştir;
  • IIL - integral enjeksiyon mantığı.
• Hem alan etkili hem de bipolar transistörleri kullanan mikro devreler:

Aynı tip transistörler kullanılarak mikro devreler, statik veya dinamik gibi farklı metodolojiler kullanılarak oluşturulabilir. CMOS ve TTL (TTLS) teknolojileri en yaygın çip mantıklarıdır. Mevcut tüketimden tasarruf edilmesi gereken durumlarda CMOS teknolojisi kullanılır. hız daha önemli ve herhangi bir güç tasarrufuna gerek duyulmaz, TTL teknolojisi kullanılır. CMOS mikro devrelerinin zayıf noktası statik elektriğe karşı savunmasızlığıdır - mikro devrenin çıkışına elinizle dokunmanız yeterlidir ve bütünlüğü artık garanti edilmez. TTL ve CMOS teknolojilerinin gelişmesiyle birlikte mikro devreler parametre açısından yaklaşıyor ve sonuç olarak örneğin 1564 serisi mikro devreler CMOS teknolojisi kullanılarak yapılıyor ve kasadaki işlevsellik ve yerleşim TTL'ye benziyor teknoloji.

ESL teknolojisi kullanılarak üretilen çipler en hızlı fakat aynı zamanda en fazla güç tüketen çiplerdir. bilgisayar Bilimi en önemli parametrenin hesaplama hızı olduğu durumlarda. SSCB'de ES106x tipinin en verimli bilgisayarları ESL mikro devrelerinde üretildi. Artık bu teknoloji nadiren kullanılıyor.

Teknolojik süreç

Mikro devrelerin imalatında fotolitografi yöntemi (projeksiyon, temas vb.) kullanılırken devre, silikon tek kristallerinin elmas diskli ince levhalar halinde kesilmesiyle elde edilen bir alt tabaka (genellikle silikon) üzerinde oluşturulur. Mikro devre elemanlarının doğrusal boyutlarının küçük olması nedeniyle, görünür ışığın ve hatta yakın ultraviyole radyasyonun aydınlatma için kullanılması terk edildi.

Aşağıdaki işlemciler UV radyasyonu (ArF excimer lazer, dalga boyu 193 nm) kullanılarak üretildi. Ortalama olarak, ITRS planına göre endüstri liderleri tarafından yeni teknik süreçlerin tanıtılması her 2 yılda bir gerçekleşirken, birim alan başına transistör sayısı iki katına çıkarıldı: 45 nm (2007), 32 nm (2009), 22 nm (2011) 14 nm üretimi 2014 yılında başladı, 10 nm süreçlerinin ise 2018 yılı civarında geliştirilmesi bekleniyor.

2015 yılında yeni teknik süreçlerin devreye alınmasının yavaşlayacağına dair tahminler vardı.

Kalite kontrol

Entegre devrelerin kalitesini kontrol etmek için test yapıları adı verilen yapılar yaygın olarak kullanılmaktadır.

Amaç

Entegre bir devre, tam bir mikro bilgisayara (tek çipli mikro bilgisayar) kadar eksiksiz, isteğe bağlı olarak karmaşık bir işlevselliğe sahip olabilir.

Analog Devreler

• Filtreler (piezoelektrik etkiye dayalı olanlar dahil).
• Analog çarpanlar.
• Analog Zayıflatıcılar ve Değişken Yükselteçler.
• Güç kaynağı stabilizatörleri: voltaj ve akım stabilizatörleri.
• Anahtarlama güç kaynaklarının mikro devrelerini kontrol edin.
• Sinyal dönüştürücüler.
• Senkronizasyon şemaları.
• Çeşitli sensörler (örneğin sıcaklık).

Dijital Devreler

• Tampon dönüştürücüler
• (Mikro)işlemciler (bilgisayarlar için CPU'lar dahil)
• Yongalar ve bellek modülleri
• FPGA (Programlanabilir Mantıksal Tümleşik Devreler)

Dijital entegre devrelerin analog olanlara göre birçok avantajı vardır:

• Azaltılmış güç tüketimi Dijital elektronikte darbeli elektrik sinyallerinin kullanımıyla ilişkilidir. Bu tür sinyalleri alırken ve dönüştürürken, elektronik cihazların (transistörlerin) aktif elemanları "anahtar" modunda çalışır, yani transistör ya "açıktır" - bu da yüksek seviyeli bir sinyale (1) karşılık gelir veya "kapalı" olur - (0), ilk durumda transistörde voltaj düşüşü yoktur, ikincisinde ise içinden akım geçmez. Her iki durumda da güç tüketimi 0'a yakındır. analog cihazlar Transistörlerin çoğu zaman orta (aktif) durumda olduğu durum.
• Yüksek gürültü bağışıklığı dijital cihazlar, yüksek (örneğin, 2,5-5 V) ve düşük (0-0,5 V) seviye sinyalleri arasında büyük bir farkla ilişkilidir. Yüksek bir seviyenin düşük bir seviye olarak yorumlanacağı veya bunun tersinin mümkün olmadığı bir müdahale seviyesinde bir durum hatası mümkündür; bu pek olası değildir. Ayrıca, dijital cihazlar hataları düzeltmek için özel kodlar kullanmak mümkündür.
• Yüksek ve düşük seviyeli sinyallerin durum seviyelerindeki büyük bir fark (mantıksal "0" ve "1") ve bunların izin verilen değişikliklerinin oldukça geniş bir aralığı, dijital teknolojiyi entegre teknolojideki eleman parametrelerinin kaçınılmaz yayılmasına karşı duyarsız hale getirir, ortadan kaldırır dijital cihazlarda bileşenleri seçme ve ayar elemanlarını yapılandırma ihtiyacı.

Analogdan dijitale devreler

• dijitalden analoğa (DAC) ve analogdan dijitale dönüştürücüler (ADC);
• alıcı-vericiler (örneğin, bir arayüz dönüştürücü ethernet);
• modülatörler ve demodülatörler;
  • radyo modemleri
  • teletekst kod çözücüleri, VHF radyo metni
  • Hızlı Ethernet ve optik hat alıcı-vericileri
  • çevirmek modemler
  • dijital TV alıcıları
  • optik fare sensörü
• elektronik cihazlar için güç kaynağı çipleri - stabilizatörler, voltaj dönüştürücüler, güç anahtarları vb.;
• dijital zayıflatıcılar;
• faz kilitli döngü frekansı (PLL) devreleri;
• saat üreteçleri ve onarıcıları;
• temel matris çipleri (BMC): hem analog hem de dijital devreleri içerir;

Çip serisi

Analog ve dijital mikro devreler seri olarak üretilmektedir. Bir seri, tek bir tasarıma ve teknolojik tasarıma sahip ve ortak kullanıma yönelik bir grup mikro devredir. Aynı serideki mikro devreler, kural olarak, aynı güç kaynağı voltajlarına sahiptir, giriş ve çıkış dirençleri, sinyal seviyeleri açısından eşleştirilir.

Kolordu

Belirli başlıklar

Mikroişlemci bilgisayarın çekirdeğini oluşturur ve çevre ile iletişim gibi ek işlevler özel olarak tasarlanmış yonga setleri kullanılarak gerçekleştirildi. İlk bilgisayarlar için setlerdeki mikro devrelerin sayısı onlarca ve yüzlerce olarak hesaplandı. modern sistemler bu bir, iki veya üç çipten oluşan bir settir. İÇİNDE Son zamanlarda yonga seti işlevlerinin (bellek denetleyicisi, veri yolu denetleyicisi) kademeli olarak aktarılmasına yönelik eğilimler vardır PCI Express) işlemciye.

ENTEGRE CXEMA (IC, entegre devre, mikro devre), yarı iletken tek kristalli bir levha içinde oluşturulmuş elektriksel olarak birbirine bağlı elemanlardan (transistörler vb.) oluşan, işlevsel olarak eksiksiz bir mikroelektronik ürün. IC'ler tüm modern radyo-elektronik cihazların, bilgisayar ekipmanlarının, bilgi ve telekomünikasyon sistemlerinin element tabanıdır.

Tarihsel referans. IC, 1958 yılında, germanyum tek kristalli plakayı içinde oluşturulan ayrı transistörlere bölmeden, bunları en ince tellerle birbirine bağlayan J. Kilby (Nobel Ödülü, 2000) tarafından icat edildi, böylece ortaya çıkan cihaz tam bir cihaz haline geldi. elektronik devre. Altı ay sonra, Amerikalı fizikçi R. Noyce, iki kutuplu transistörlerin (verici, taban ve toplayıcı) her alanı için metalize alanların (temas pedleri olarak adlandırılan) oluşturulduğu sözde düzlemsel silikon IC'yi fark etti. silikon levhanın yüzeyinde ve aralarındaki bağlantılar ince film iletkenlerle yapıldı. 1959 yılında ABD'de silikon entegre devrelerin endüstriyel üretimine başlandı; SSCB'de IP'nin seri üretimi, 1960'ların ortasında K. A. Valiev'in önderliğinde Zelenograd şehrinde düzenlendi.

IS teknolojisi. Yarı iletken IC'nin yapısı şekilde gösterilmiştir. Transistörler ve diğer elemanlar, silikon levhanın yüzeye yakın çok ince (birkaç mikrona kadar) tabakasında oluşturulur; yukarıdan yaratıldı katmanlı sistem elemanlar arası bağlantılar. IC elemanlarının sayısı arttıkça seviye sayısı da artar ve 10 veya daha fazlasına ulaşabilir. Ara bağlantıların düşük olması gerekir elektrik direnci. Bu gereksinim örneğin bakırla karşılanır. İletken katmanları arasına yalıtkan (dielektrik) katmanlar (Si02 vb.) yerleştirilir. Bir PP levha üzerinde aynı anda birkaç yüze kadar IC oluşturulur ve ardından levha ayrı kristallere (cipslere) bölünür.

Bir IC üretmenin teknolojik döngüsü, en önemlisi fotolitografi (PL) olan birkaç yüz işlemi içerir. Transistör, konturları PL sonucunda oluşturulan düzinelerce parça içerir; bu aynı zamanda her katmandaki ara bağlantıların konfigürasyonunu ve katmanlar arasındaki iletken bölgelerin (temasların) konumunu da belirler. Teknolojik döngüde PL birkaç düzine kez tekrarlanır. Her PL işlemini, transistör parçalarının imalat işlemleri takip eder; örneğin, dielektrik, PP ve metal ince filmlerin biriktirilmesi, aşındırma, silikon içine iyon implantasyonu yoluyla katkılama vb.. Fotolitografi, tek tek parçaların minimum boyutunu (MR) belirler. . Ana PL aracı, görüntünün adım adım (çipten çipe) pozlanmasını (yüzeyinde ışığa duyarlı bir katman - fotorezistin bir maske aracılığıyla uygulandığı çipin aydınlatılması) gerçekleştiren optik projeksiyon kademeli tarayıcılardır. fotomask olarak adlandırılan) maskenin boyutlarına göre görüntülerin boyutunun küçültülmesi (4:1) ve aynı çip içindeki ışık noktasının taranması ile sağlanır. MR, radyasyon kaynağının dalga boyuyla doğru orantılıdır. Başlangıçta, bir cıva lambasının emisyon spektrumunun g- ve i-çizgileri (sırasıyla 436 ve 365 nm) PL kurulumlarında kullanıldı. Değiştirmek için Cıva lambası KrF (248 nm) ve ArF (193 nm) moleküllerini temel alan excimer lazerler geldi. Mükemmellik optik sistem 193 nm dalga boyunda bir ışık kaynağına sahip fotomaskların ve kademeli tarayıcıların tasarımında yüksek kontrast ve hassasiyete sahip fotorezistlerin yanı sıra özel yüksek çözünürlüklü tekniklerin kullanılması, 30 nm'ye eşit MR elde etmeyi mümkün kılar veya saatte 100 plakaya (300 mm çap) kadar kapasiteye sahip büyük talaşlarda (1-4 cm2 alana sahip) daha az. Daha küçük (30-10 nm) MR bölgesine ilerleme, yumuşak X ışınları veya 13,5 nm dalga boyuna sahip aşırı ultraviyole (EUV) kullanılarak mümkündür. Radyasyonun bu dalga boyundaki malzemeler tarafından yoğun olarak emilmesi nedeniyle kırıcı optikler kullanılamaz. Bu nedenle EUV stepperleri X-ışını aynalarında yansıtıcı optikler kullanır. Desenler aynı zamanda yansıtıcı olmalıdır. EUV litografi, projeksiyon optik litografinin bir analogudur, yeni bir altyapı oluşturulmasını gerektirmez ve yüksek performans sağlar. Böylece 2000 yılına gelindiğinde IC teknolojisi 100 nm (MR) bariyerini aşarak nanoteknoloji haline geldi.

Entegre devrenin yapısı: 1- pasifleştirici (koruyucu) katman; 2 - iletkenin üst katmanı; 3 - dielektrik katman; 4 - seviyeler arası bağlantılar; 5 - temas yüzeyi; 6 - MOSFET'ler; 7 - silikon gofret (alt tabaka).

Geliştirme yönleri. IC'ler dijital ve analog olarak ikiye ayrılır. Dijital (mantıksal) mikro devrelerin ana payı, tek bir çip (çip) üzerinde birleştirilerek bir "çip üzerinde sistem" oluşturabilen işlemci IC'leri ve bellek IC'lerinden oluşur. Bir IC'nin karmaşıklığı, çip üzerindeki transistörlerin sayısına göre belirlenen entegrasyon derecesi ile karakterize edilir. 1970 öncesinde, dijital entegre devrelerin entegrasyonunun derecesi her 12 ayda bir ikiye katlanıyordu. Bu düzenliliğe (Amerikalı bilim adamı G. Moore ilk kez 1965'te dikkat çekmişti) Moore yasası adı verildi. Moore daha sonra yasasını geliştirdi: Bellek devrelerinin karmaşıklığının iki katına çıkması her 18 ayda bir gerçekleşir ve işlemci devrelerinin karmaşıklığı 24 ay sonra gerçekleşir. IC entegrasyon derecesi arttıkça yeni terimler tanıtıldı: büyük IC (LSI, 10 bine kadar transistör sayısıyla), süper büyük IC (VLSI - 1 milyona kadar), ultra büyük IC (UBIS - yukarı) 1 milyara kadar) ve dev LSI (GBIS - 1 milyardan fazla).

Bipolar (Bi) ve MOS (metal - oksit - yarı iletken) transistörlerde, CMOS konfigürasyonu da dahil olmak üzere dijital IC'ler vardır (tamamlayıcı MOS, yani "kaynak kaynağında" seri olarak bağlanan tamamlayıcı p-MOS ve w-MOS transistörleri - sıfır potansiyelli nokta") ve BiCMOS'un (bir çipteki bipolar transistörler ve CMOS transistörlerde) yanı sıra.

Transistörlerin boyutunun küçültülmesi ve çipin boyutunun arttırılmasıyla entegrasyon derecesinde bir artış elde edilir; bu, mantık elemanının anahtarlama süresini azaltır. Boyut küçüldükçe, her anahtarlama işleminde harcanan güç tüketimi ve enerji (güç ile anahtarlama süresinin çarpımı) azaldı. 2005 yılına gelindiğinde IS'nin hızı 4 kat arttı ve nanosaniyenin kesirlerine ulaştı; tek bir çip üzerindeki transistör sayısı 100 milyon parçaya kadar çıktı.

1980'den bu yana dünya üretiminde ana pay (%90'a kadar) dijital CMOS IC'ler olmuştur. Bu tür devrelerin avantajı, iki statik durumdan birinde ("0" veya "1") transistörlerden birinin kapalı olması ve devredeki akımın kapalı durumdaki (I OFF) transistörün akımı tarafından belirlenmesidir. . Bu, eğer I OFF ihmal edilebilir düzeydeyse, güç kaynağından gelen akımın yalnızca anahtarlama modunda tüketildiği ve güç tüketiminin anahtarlama frekansıyla orantılı olduğu ve Ρ Σ ≈C Σ Nf U 2 ilişkisiyle tahmin edilebileceği anlamına gelir, nerede C mantık elemanının çıkışındaki yük kapasitesi, N - çip üzerindeki mantık elemanlarının sayısı, f - anahtarlama frekansı, U - besleme voltajı. Tüketilen gücün neredeyse tamamı Joule ısısı olarak açığa çıkar ve bu ısının kristalden uzaklaştırılması gerekir. Bu durumda statik modda tüketilen güç (I KAPALI akımları ve kaçak akımlar tarafından belirlenir) anahtarlama modunda tüketilen güce eklenir. Transistörlerin boyutunun küçültülmesiyle statik güç, dinamik güçle karşılaştırılabilir hale gelebilir ve büyüklük sırasına göre kristalin 1 cm2'si başına 1 kW'a ulaşabilir. Büyük enerji salınımı sorunu sınırlamayı gerekli kılıyor maksimum frekans 1-10 GHz aralığında yüksek performanslı CMOS IC'lerin değiştirilmesi. Bu nedenle, "çip üzerindeki sistemlerin" performansını artırmak için ek mimari (sözde) çok çekirdekli işlemciler) ve algoritmik yöntemler.

MOS transistörlerinin 10 nm mertebesindeki kanal uzunluklarında, kuantum etkileri transistörün uzunlamasına kuantizasyon (elektron kanalda bir de Broglie dalgası olarak yayılır) ve enine kuantizasyon (kanalın darlığından dolayı) gibi özelliklerini etkilemeye başlar. kanal), elektronların kanal boyunca doğrudan tünellenmesi. İkinci etki, toplam kaçak akıma büyük katkı sağladığı için IC'lerde CMOS elemanlarının kullanılma olasılığını sınırlar. Bu, 5 nm'lik bir kanal uzunluğunda önemli hale gelir. CMOS IC'lerin yerini kuantum cihazları, moleküler elektronik cihazlar vb. alacak.

Analog IC'ler, düşük frekans (LF), yüksek frekans dahil olmak üzere amplifikatörler, osilatörler, zayıflatıcılar, dijitalden analoğa ve analogdan dijitale dönüştürücüler, karşılaştırıcılar, faz kaydırıcılar vb. olarak görev yapan geniş bir devre sınıfını oluşturur. (HF) ve mikrodalga IC'leri. Mikrodalga IC'ler, yalnızca transistörleri değil aynı zamanda film indüktörlerini, kapasitörleri, dirençleri de içerebilen nispeten düşük entegrasyon derecesine sahip devrelerdir. Bir mikrodalga IC oluşturmak için yalnızca geleneksel silikon teknolojisi değil, aynı zamanda Si - Ge katı çözeltileri, A III B V bileşikleri (örneğin, galyum arsenit ve nitrür, indiyum fosfit), vb. bazlı heteroeklemli IC'lerin teknolojisi de kullanılır. Bu A III B V bağlantılarında Si-Ge için 10-20 GHz ve mikrodalga IC'ler için 10-50 GHz ve daha yüksek çalışma frekanslarına ulaşmanızı sağlar. Analog IC'ler genellikle mikroelektronik cihazların kişi ve çevre ile etkileşimini sağlayan sensör ve mikromekanik cihazlar, biyoçipler vb. ile birlikte kullanılır ve bunlarla birlikte tek bir pakete dahil edilebilir. Bu tür tasarımlara çoklu çip veya "paket içi sistem" adı verilir.

Gelecekte IS'nin gelişimi, iki yönün birleşmesine ve güçlü bilgi işlem cihazları, çevresel kontrol sistemleri ve bir kişiyle iletişim araçları içeren, büyük karmaşıklığa sahip mikroelektronik cihazların yaratılmasına yol açacaktır.

Aydınlatılmış. st.'ye bakınız. Mikroelektronik.

A. A. Orlikovsky.

Makalenin içeriği

ENTEGRE DEVRE(IC), kontrol etmek için kullanılan, genellikle silikon olan yarı iletken bir malzemeden yapılmış küçük bir levha (kristal veya "çip") üzerinde oluşturulan bir mikroelektronik devre Elektrik şoku ve geliştirmeleri. Tipik bir IC, bir çipin yüzeyinde üretilen transistörler, dirençler, kapasitörler ve diyotlar gibi birbirine bağlı birçok mikroelektronik bileşenden oluşur. Silikon kristallerinin boyutları yaklaşık 1,3 x 1,3 mm ile 13 x 13 mm arasında değişir. Entegre devreler alanındaki ilerleme, büyük ve çok büyük entegre devrelere (LSI ve VLSI) yönelik teknolojilerin geliştirilmesine yol açmıştır. Bu teknolojiler, her biri binlerce devre içeren IC'lerin elde edilmesini mümkün kılar: bir çipte 1 milyondan fazla bileşen sayılabilir.

Entegre devrelerin öncekilere göre çok sayıda avantajı vardır; bir şasiye monte edilmiş ayrı bileşenlerden oluşan devreler. IC'ler daha küçük, daha hızlı ve daha güvenilirdir; ayrıca daha ucuzdurlar ve titreşim, nem ve eskime nedeniyle arızalanmaya daha az eğilimlidirler.

Minyatürleştirme elektronik devreler yarı iletkenlerin özel özellikleri sayesinde mümkün olmuştur. Yarı iletken, cam gibi bir dielektrikten çok daha yüksek elektriksel iletkenliğe (iletkenliğe) sahip, ancak bakır gibi iletkenlerden çok daha az olan bir malzemedir. Silikon gibi yarı iletken bir malzemede, oda sıcaklığında kristal kafeste önemli bir iletkenlik sağlamak için çok az serbest elektron vardır. Bu nedenle saf yarı iletkenlerin iletkenliği düşüktür. Bununla birlikte, silikonun içine uygun bir safsızlığın eklenmesi elektriksel iletkenliğini arttırır.

Katkı maddeleri silikona iki yöntemle eklenir. Ağır katkılama için veya eklenen safsızlık miktarının kesin kontrolünün gerekli olmadığı durumlarda genellikle difüzyon yöntemi kullanılır. Fosfor veya borun difüzyonu genellikle katkılı bir atmosferde, 1000 ila 1150°C arasındaki sıcaklıklarda, yarım saatten birkaç saate kadar gerçekleştirilir. İyon implantasyonunda silikon, yüksek hızlı katkı iyonlarıyla bombardıman edilir. İmplante edilebilir karışımın miktarı yüzde birkaç dahilinde ayarlanabilir; Bazı durumlarda doğruluk önemlidir, çünkü transistörün kazancı, bazın 1 cm2'sine implante edilen safsızlık atomlarının sayısına bağlıdır ( aşağıya bakınız).

Üretme.

Yarı iletkenin bazı bölgelerinin yüksek hassasiyetle katkılanması gerektiğinden entegre devrenin imalatı iki aya kadar sürebilir. Bir kristalin büyütülmesi veya çekilmesi adı verilen bir işlemde, ilk önce silindirik bir silikon kütüğü elde edilir. yüksek saflık. Bu silindirden örneğin 0,5 mm kalınlığında plakalar kesilir. Gofret en sonunda çip adı verilen yüzlerce küçük parçaya bölünür ve bunların her biri aşağıda açıklanan işlemle entegre bir devreye dönüştürülür.

Çiplerin işlenmesi, IC'nin her katmanı için maskelerin imalatıyla başlar. Yaklaşık alanı olan bir kare şeklinde büyük ölçekli bir şablon yapılır. 0,1 m2. Bu tür maskelerden oluşan bir set IC'nin tüm kurucu parçalarını içerir: yayılma seviyeleri, ara bağlantı seviyeleri vb. Ortaya çıkan yapının tamamı fotoğrafik olarak bir kristal boyutuna küçültülür ve bir cam plaka üzerinde katman katman çoğaltılır. Silikon levhanın yüzeyinde ince bir silikon dioksit tabakası büyütülür. Her plaka ışığa duyarlı bir malzemeyle (fotorezist) kaplanır ve maskeler aracılığıyla iletilen ışığa maruz bırakılır. Işığa duyarlı kaplamanın açıkta kalmayan alanları bir solvent ile çıkarılır ve silikon dioksiti çözen başka bir kimyasal maddenin yardımıyla, ikincisi artık ışığa duyarlı kaplama tarafından korunmayan alanlardan kazınır. Bu temel üretim sürecinin varyasyonları, iki ana tip transistör yapısının imalatında kullanılır: bipolar ve alan etkili (MOS).

bipolar transistör.

Böyle bir transistör şöyle bir yapıya sahiptir: n-p-n veya çok daha az sıklıkla p-n-p. Genellikle teknolojik süreç ağır alaşımlı malzemeden bir plaka (alt tabaka) ile başlar P-tip. Bu levhanın yüzeyinde epitaksiyel olarak ince bir hafif katkılı silikon tabakası büyütülür. N-tip; dolayısıyla büyütülen katman, substratla aynı kristal yapıya sahiptir. Bu katman, transistörün aktif kısmını içermelidir - içinde bireysel toplayıcılar oluşturulacaktır. Plaka ilk olarak bor buharlı fırına yerleştirilir. Silikon levhaya borun difüzyonu yalnızca yüzeyinin kazındığı yerde meydana gelir. Sonuç olarak malzemeden bölgeler ve pencereler oluşur. N-tip. Fosfor buharı ve başka bir maskenin kullanıldığı ikinci yüksek sıcaklık işlemi, toplayıcı katmanla temas oluşturmaya yarar. Bor ve fosforun ardışık difüzyonunun gerçekleştirilmesiyle sırasıyla bir baz ve bir yayıcı oluşturulur. Tabanın kalınlığı genellikle birkaç mikrondur. Bu küçük iletim adacıkları N- Ve P-tip bağlı genel şema buhar fazından biriktirilen veya vakumda biriktirilen alüminyumdan yapılmış ara bağlantılar yoluyla. Bazen bu amaçlar için platin ve altın gibi değerli metaller kullanılır. Transistörler ve dirençler, kapasitörler ve indüktörler gibi diğer devre elemanları, uygun ara bağlantılarla birlikte, bir dizi adımda bir levha içinde difüzyonla oluşturularak tam bir elektronik devre elde edilebilir.

MOSFET.

En yaygın olarak kullanılan MOS (metal-oksit-yarı iletken) - yakın aralıklı iki silikon alanından oluşan bir yapı N-alt tabakaya uygulanan tip P-tip. Silikonun yüzeyinde ve bu katmanın üstünde (bölgeler arasında) bir silikon dioksit tabakası büyür. N-tipi ve hafifçe yakalayan), deklanşör görevi gören lokalize bir metal tabakası oluşur. Yukarıda bahsedilen iki alan N Kaynak ve drenaj adı verilen türler sırasıyla giriş ve çıkış için bağlayıcı görevi görür. Silikon dioksit içerisinde sağlanan pencereler sayesinde kaynağa ve drenaja metal bağlantılar yapılır. Malzemeden yapılmış dar yüzeyli kanal N-type kaynak ve drenajı birbirine bağlar; diğer durumlarda kanal, kapıya uygulanan voltajın etkisi altında indüklenebilir. İndüklenen kanal transistörünün kapısına pozitif voltaj uygulandığında kapının altındaki katman P-type bir katmana dönüşür N-tipi ve kapıya uygulanan sinyal tarafından kontrol edilen ve modüle edilen akım, kaynaktan drenaja akar. MOSFET çok az güç tüketir; yüksek bir giriş empedansına sahiptir, farklı düşük akım tahliye zincirleri ve çok düşük seviye gürültü. Geçit, oksit ve silikon bir kapasitör oluşturduğundan, böyle bir cihaz sistemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. bilgisayar hafızası (aşağıya bakınız). Tamamlayıcı veya CMOS devreleri, MOSFET'leri yük olarak kullanır ve ana MOSFET etkin olmadığında güç tüketmez.

İşlem tamamlandıktan sonra plakalar parçalara ayrılır. Kesme işlemi elmas kenarlı daire testere ile gerçekleştirilir. Daha sonra her kristal (çip veya IC) çeşitli paket türlerinden birine konur. IC bileşenlerini paketin kurşun çerçevesine bağlamak için 25 µm altın tel kullanıldı. Daha kalın çerçeve kabloları IC'yi bağlamanıza olanak tanır elektronik cihaz nerede çalışacak.

Güvenilirlik.

Bir entegre devrenin güvenilirliği, eşdeğer şekil ve boyuttaki tek bir silikon transistörünkiyle hemen hemen aynıdır. Teorik olarak transistörler binlerce yıl boyunca hatasız olarak dayanabilir; bu, tek bir arızanın devam eden projenin tamamen başarısız olması anlamına gelebileceği roket ve uzay teknolojisi gibi uygulamalar için en önemli faktörlerden biridir.

Mikroişlemciler ve mini bilgisayarlar.

İlk kez 1971'de halka tanıtılan mikroişlemciler, bir bilgisayarın temel işlevlerinin çoğunu, 5x5 mm'lik bir çip üzerinde uygulanan tek bir silikon IC üzerinde gerçekleştiriyordu. Entegre devreler sayesinde, tüm işlevlerin bir veya daha fazla büyük entegre devre üzerinde gerçekleştirildiği mini bilgisayarlar - küçük bilgisayarlar oluşturmak mümkün hale geldi. Bu etkileyici minyatürleştirme, bilgi işlem maliyetinde çarpıcı bir düşüşe yol açtı. Şu anda 1.000 dolardan daha düşük bir fiyatla üretilen mini bilgisayarlar, performans açısından ilk çok büyük bilgisayarlardan daha düşük değil. bilgisayarlar 1960'lı yılların başında maliyeti 20 milyon dolara kadar çıkan Mikroişlemciler iletişim ekipmanlarında, cep hesap makinelerinde, kol saati, televizyon kanal seçicileri, elektronik oyunlar, otomatik mutfak ve bankacılık ekipmanları, otomobillerde otomatik yakıt kontrolü ve egzoz gazı son işlemi ve diğer birçok cihazda. 15 milyar dolarlık küresel elektronik sektörünün büyük bir kısmı şu ya da bu şekilde entegre devrelere dayanıyor. Küresel ölçekte, toplam maliyeti on milyarlarca dolar olan ekipmanlarda entegre devreler kullanılıyor.

Bilgisayar depolama aygıtları.

Elektronikte "bellek" terimi genellikle bilgiyi depolamak için tasarlanmış bazı cihazları ifade eder. dijital form. Pek çok bellek aygıtı (RAM) türü arasında, rastgele erişim belleğini (RAM), şarj bağlantılı aygıtları (CCD) ve salt okunur belleği (ROM) göz önünde bulundurun.

RAM için çip üzerinde yer alan herhangi bir hafıza hücresine erişim süresi aynıdır. Bu tür cihazlar, hücre başına bir bit olmak üzere 65.536 bit (ikili olanlar, genellikle 0 ve 1) depolayabilir ve yaygın olarak kullanılan bir elektronik bellek türüdür; her çipte yakl. 150 bin bileşen. 256 Kbps kapasiteli RAM (K = 2 10 = 1024; 256 K = 262 144) üretilmektedir. Sıralı örneklemeli bellek cihazlarında, depolanan bitlerin dolaşımı sanki kapalı bir boru hattı boyunca gerçekleşir (CCD'lerde bu tür örnekleme kullanılır). Özel olarak yapılandırılmış bir IC olan CCD'de, elektrik yükü paketleri, birbirinden kısa mesafelerde bulunan ve çipten elektriksel olarak izole edilmiş küçük metal plakaların altına yerleştirilebilir. Yük (veya eksikliği) bu nedenle yarı iletken bir cihaz aracılığıyla bir hücreden diğerine geçebilir. Sonuç olarak, bilgileri birler ve sıfırlar dizisi biçiminde ezberlemek mümkün hale gelir ( ikili kod) ve gerektiğinde ona erişim. CCD'ler hız açısından RAM ile rekabet edemese de büyük miktardaki bilgiyi daha düşük maliyetle işleyebilmektedir ve rasgele erişim belleğine ihtiyaç duyulmayan yerlerde kullanılmaktadır. Böyle bir IC üzerinde uygulanan RAM geçicidir ve güç kapatıldığında içine kaydedilen bilgiler kaybolur. Bilgiler ROM'da saklanır. üretim süreci ve kalıcı olarak saklanır.

Yeni IS türlerinin geliştirilmesi ve üretimi durmuyor. Silinebilir programlanabilir ROM'un (EPROM) üst üste istiflenmiş iki kapağı vardır. Üst kapıya voltaj uygulandığında, alt kapı 1 ikili koda karşılık gelen bir yük alabilir ve voltajı değiştirirken (tersine çevirirken), kapı 0 ikili koda karşılık gelen yükünü kaybedebilir.

Sadece yirmi beş yıl önce, eski neslin radyo amatörleri ve uzmanları, o zaman için yeni cihazlar olan transistörler üzerinde çalışmak zorundaydı. Vazgeçmek kolay olmadı elektronik tüplerçok alışkın olan ve yarı iletken cihazların kalabalıklaşan ve büyüyen "ailesine" geçiş yapıyorlar.

Ve artık bu “aile” radyo mühendisliği ve elektronikteki yerini giderek daha fazla almaya başladı. yarı iletken cihazlar en yeni nesil - genellikle kısaca IC olarak adlandırılan entegre devreler.

Entegre devre nedir

entegre devre- Bu, ortak bir muhafazada transistörler, diyotlar, dirençler ve diğer aktif ve pasif elemanları içeren, sayısı onbinlere ulaşabilen minyatür bir elektronik ünitedir.

Bir mikro devre, bir radyo alıcısının, bir elektronik bilgisayarın (ECM) ve bir elektronik makinenin tüm ünitesinin yerini alabilir. Örneğin elektronik bir kol saatinin "mekanizması" yalnızca daha büyük bir çiptir.

İşlevsel amaçlarına göre entegre devreler iki ana gruba ayrılır: analog veya doğrusal darbe ve mantıksal veya dijital mikro devreler.

Analog mikro devreler, örneğin alıcılar, amplifikatörler ve otomasyon cihazlarında, cihazlarda kullanım için mantıksal mikro devreler için farklı frekanslardaki elektrik salınımlarını yükseltmek, üretmek ve dönüştürmek için tasarlanmıştır. dijital okuma bilgisayarda geçirilen süre.

Bu atölye, cihazı tanımaya, çalışma prensibine ve en basit analog ve lojik entegre devrelerin olası uygulamalarına yöneliktir.

Analog bir çip üzerinde

Devasa analog "ailesinden" en basit olanı, K118 serisine dahil olan "K118UN1A (K1US181A) ve K118UN1B (K1US181B) ikiz mikro devreleridir.

Her biri içeren bir amplifikatördür ... Ancak elektronik "doldurma" hakkında daha sonra konuşmak daha iyidir. Bu arada, onları güç kaynaklarını, ek parçaları, giriş ve çıkış devrelerini bağlamak için kabloların bulunduğu "kara kutular" olarak değerlendireceğiz.

Aralarındaki fark yalnızca düşük frekanslı salınım kazançlarında yatmaktadır: K118UN1A yongasının 12 kHz frekansındaki kazancı 250 ve K118UN1B yongasının kazancı 400'dür.

Açık yüksek frekanslar ah, bu mikro devrelerin amplifikasyon faktörü aynı - yaklaşık 50. Yani bunlardan herhangi biri hem düşük hem de yüksek frekansların salınımlarını yükseltmek için ve dolayısıyla deneylerimiz için kullanılabilir. Dış görünüş Ve sembol Bu amplifikatör devrelerinin cihazların devre şemaları şekil 2'de gösterilmiştir. 88.

Vücutları plastik dikdörtgen şekil. Kasanın üstünde pin numaraları için referans noktası görevi gören bir etiket bulunur. Mikro devreler kaynaktan güç sağlamak için tasarlanmıştır doğru akım 7 (+ Upit) terminalleri aracılığıyla beslenen 6,3 V voltaj ve 14 (— sen Pete).

Güç kaynağı, düzenlenmiş bir AC güç kaynağı veya dört hücreden (334 ve 343) oluşan bir pil olabilir.

K118UN1A (veya K118UN1B) mikro devresi ile ilk deney, şekil 2'de gösterilen şemaya göre gerçekleştirilir. 89. Devre kartı olarak yaklaşık 50X40 mm ölçülerinde bir karton levha kullanın.

mikroçip pimleri 1, 7, 8 Ve 14 kartondaki deliklerden geçirilen tel zımbalara lehim. Hepsi, mikro devreyi kart üzerinde tutan raflar ve pim braketleri 7. ve 14, ayrıca kontakların aküyle bağlanması Büyük Britanya1 (veya ağ bloğu beslenme).

Aralarında, mikro devrenin her iki tarafında, ek ayrıntılar için ara olacak iki veya üç kontağı daha güçlendirin. Kondansatörleri karta monte edin C1(K50-6 veya K50-3 yazın) ve C2(KJAS, BM, MBM), kulaklıkları mikro devrenin çıkışına bağlayın 2'DE.

Mikro devrenin girişine bağlayın (bir kapasitör aracılığıyla C1) elektrodinamik mikrofon 1'DE herhangi bir türde veya DEM-4m telefon kapsülünde, gücü açın ve telefonları kulaklarınıza yaklaştırarak mikrofona kalemle hafifçe vurun. Düzenleme hatası yoksa, telefonların davul tıklamalarına benzeyen sesler duyması gerekir.

Bir arkadaşınızdan mikrofonun önünde bir şey söylemesini isteyin; sesini telefonlarda duyacaksınız. Mikrofon yerine, eşleştirme transformatörüyle birlikte bir radyo yayın (abone) hoparlörünü mikro devrenin girişine bağlayabilirsiniz. Etki hemen hemen aynı olacaktır.

Deneye tek etkili bir telefon cihazıyla devam ederek, güç devresinin ortak (negatif) iletkeni ile çıkış arasına bağlanın 12 IC elektrolitik kondansatör Kuzeybatı, Diyagramda kesikli çizgilerle gösterilmiştir. Aynı zamanda telefonlardaki ses şiddetinin de artması gerekiyor.

Çıkış devresinde aynı kapasitör bulunursa telefonlar daha da yüksek ses çıkarır 5 (şek. 89'da - kapasitör C4). Ancak aynı zamanda amplifikatör uyarılırsa, ortak tel ile terminal 11 arasına 5-10 mikrofarad kapasiteli bir elektrolitik kapasitörün bağlanması gerekecektir. nominal voltaj 10 V.

Başka bir deneyim: sonuçlar arasında geçiş yapın 10 Ve 3 cips seramik veya kağıt kapasitör 5 - 10 bin pikofarad kapasiteli. Ne oldu? Telefonlarda aralıksız orta tonda bir ses belirdi. Bu kapasitörün kapasitesinin artmasıyla telefonlardaki ses tonunun azalması, azalmasıyla birlikte artması gerekir. Şuna göz at.

Şimdi bu "kara kutuyu" açalım ve "doldurulmasını" düşünelim (Şekil 90). Evet, transistörleri arasında doğrudan bağlantı bulunan iki aşamalı bir amplifikatördür. Silikon transistörler, yapılar -R-N. Mikrofon tarafından üretilen düşük frekanslı sinyal (kapasitör C1 aracılığıyla) mikro devrenin girişine (pim 3) beslenir.

Direnç boyunca oluşturulan voltaj düşüşü R6 transistörün emitör devresinde V2, dirençler aracılığıyla R4 Ve R5 transistörün tabanına uygulandı VI ve onu açar. Direnç R1 — Bu transistörün yükü. ondan kaldırıldı güçlendirilmiş sinyal transistörün tabanına gider V2 Ekstra takviye için.

Deneysel bir amplifikatörde transistör yükü V2 toplayıcı devresinde kulaklıklar vardı ve bunlar düşük frekanslı sinyal sese.

Ancak yükü bir direnç olabilir R5 sonuçları birbirine bağlarsanız mikro devreler 10 Ve 9. Bu durumda, telefonlar ortak tel ile bu sonuçların bağlantı noktası arasına birkaç mikrofarad kapasiteli bir elektrolitik kapasitör (mikro devreye pozitif astar) aracılığıyla bağlanmalıdır.

Ortak kablo ile çıkış arasına bir kapasitör bağlandığında 12 Çip ses seviyesi arttı, Neden? Çünkü bir direnci yönlendiriyor R6 mikro devre, içinde etkili olan alternatif akım üzerindeki olumsuz geri bildirimi zayıflattı.

Transistörün temel devresine ikinci bir kapasitör eklediğinizde negatif geri besleme daha da zayıfladı V1. Ve ortak tel ile çıkış arasına bağlanan üçüncü kapasitör 11, direnç ile oluşturulan R7 Amplifikatörün uyarılmasını önlemek için IC dekuplaj filtresi.

Terminaller arasındaki kondansatörü açtığınızda ne olur? 10 ve 5? Amplifikatörün çıkışı ve girişi arasında pozitif bir geri besleme oluşturarak onu bir ses frekansı salınım üretecine dönüştürdü.

Gördüğünüz gibi K118UN1B (veya K118UN1A) yongası, örneğin bir alıcıda düşük frekanslı veya yüksek frekanslı olabilen bir amplifikatördür. Ancak aynı zamanda hem düşük hem de yüksek frekanslarda elektriksel salınımların jeneratörü haline gelebilir.

Radyodaki çip

Bu mikro devreyi, örneğin Şekil 2'de gösterilen devreye göre monte edilmiş alıcının yüksek frekans yolunda test etmeyi öneriyoruz. 91. Böyle bir alıcının manyetik anteninin giriş devresi bir bobinden oluşur L1 ve değişken bir kapasitör C1. İletişim bobini aracılığıyla devrenin ayarlandığı dalga üzerindeki radyo istasyonunun yüksek frekanslı sinyali L2 ve ayırma kapasitörü C2 girişe gider (çıkış 3) mikroçipler L1.

Mikro devrenin çıkışından (çıkış 10, çıkışa bağlı 9) güçlendirilmiş sinyal bir kapasitör aracılığıyla beslenir C4 dedektör için diyotlar VI Ve V2 gerilim çoğaltma devresine göre bağlanan ve bunlara telefonlarla tahsis edilen düşük frekanslı sinyal 1'DE sese dönüştürüldü. Pille çalışan alıcı Büyük Britanya1, dört element 332, 316 veya beş pil D-01'den oluşur.

Birçok transistör alıcısında, yüksek frekanslı yolun yükselticisi transistörler tarafından oluşturulur ve bunda bir mikro devre bulunur. Aralarındaki tek fark bu. Önceki atölyelerde edinilen deneyimlerle, umarım bağımsız olarak montaj yapabilir ve G Böyle bir alıcı kurun ve hatta isterseniz yüksek sesli radyo alımı için onu bir LF amplifikatörüyle destekleyin.

Bir mantık çipinde

Birçok dijital entegre devrenin ayrılmaz bir parçası, sembolünü şekil 2'de gördüğünüz AND-NOT mantık elemanıdır. 92, A. Sembolü, dikdörtgenin içine yerleştirilmiş, genellikle sol üst köşeye yerleştirilmiş ve "ve" birleşiminin yerine geçen "&" işaretidir. ingilizce dili. Solda iki veya daha fazla giriş, sağda bir çıkış.

Çıkış sinyali hattını başlatan küçük bir daire, mikro devrenin çıkışındaki mantıksal Olumsuzlama "DEĞİL" i sembolize eder. Dijital teknoloji dilinde "DEĞİL", AND-NOT öğesinin bir invertör, yani çıkış parametreleri giriş parametrelerinin tersi olan bir cihaz olduğu anlamına gelir.

Bir mantık elemanının elektriksel durumu ve çalışması, giriş ve çıkışlarındaki sinyal seviyeleri ile karakterize edilir. Seviyesi 0,3 - 0,4 V'u aşmayan küçük (veya sıfır) voltaj sinyaline genellikle (ikili sayı sistemine göre) mantıksal sıfır (0) adı verilir ve sinyal daha fazladır. yüksek voltaj Seviyesi 2,5 - 3,5 V olabilen (mantıksal 0 ile karşılaştırıldığında) mantıksal bir birimdir (1).

Örneğin şöyle derler: "öğenin çıkışında mantıksal 1." Bu, şu anda elemanın çıkışında voltajı mantık 1 seviyesine karşılık gelen bir sinyalin ortaya çıktığı anlamına gelir.

NAND elemanının teknolojisini ve cihazını derinlemesine incelememek için, onu bir elektrik sinyali için iki girişi ve bir çıkışı olan bir "kara kutu" olarak ele alacağız.

Elemanın mantığı, girişlerinden birine mantıksal bir O ve ikinci girişe mantıksal 1 uygulandığında, çıkışta mantıksal 1 sinyalinin görünmesi ve mantıksal 1'e karşılık gelen sinyaller uygulandığında kaybolması gerçeğinde yatmaktadır. her iki girişe de.

Elemanın bu özelliğini hafızaya sabitleyen deneyler için, en yaygın K155LAZ mikro devresine, bir DC voltmetreye, yeni bir 3336L bataryaya ve 1 ... 1,2 kOhm dirençli iki rezistöre ihtiyacınız olacak.

K155LAZ yongası dört adet 2I-NOT elemanından oluşur (Şekil 92, B) ortak bir 5 V DC kaynaktan güç alır, ancak her biri bağımsız bir mantık cihazı olarak çalışır. Mikro devrenin adındaki 2 sayısı, elemanlarının iki girişi olduğunu gösterir.

Görünüm ve tasarım açısından, K155 serisinin tüm mikro devreleri gibi, zaten bildiğiniz analog K118UN1 mikro devresinden farklı değildir, yalnızca güç kaynağını bağlama polaritesi farklıdır. Bu nedenle daha önce yaptığınız karton tahta da bu mikro devre ile yapılan deneylere uygundur. Güç kaynağı bağlı: +5 V - pin 7'ye " — 5 B - sonuca 14.

Ancak bu sonuçlar genellikle mikro devrenin şematik görüntüsünde belirtilmez. Bu, temel gerçeğiyle açıklanmaktadır. elektrik şemaları mikro devreyi oluşturan elemanlar, örneğin Şekil 2'de olduğu gibi ayrı ayrı gösterilmiştir. 92, c. Deneyler için dört unsurundan herhangi birini kullanabilirsiniz.

Çip pimleri 1, 7, 8 Ve 14 bir karton tahta üzerindeki tel raflara lehimleyin (Şekil 89'daki gibi). Herhangi bir elemanının giriş pinlerinden biri, örneğin pinli bir eleman 1 — 3, çıkışa 1 ... 1,2 kOhm dirençli bir direnç üzerinden bağlayın 14, ikinci girişin çıkışı doğrudan güç devresinin ortak (“topraklanmış”) iletkeni ile yapılır ve elemanın çıkışına bir DC voltmetre bağlanır (Şekil 93, A).

Gücü aç. Voltmetre ne gösterir? Yaklaşık 3 V'luk bir voltaj. Bu voltaj, elemanın çıkışındaki mantık 1 sinyaline karşılık gelir. Aynı voltmetre ile ilk girişin çıkışındaki voltajı ölçün ve burada da gördüğünüz gibi mantıksal 1'dir. Bu nedenle, elemanın girişlerinden biri mantıksal 1'e sahipken ikincisi mantıksal 1'e sahip olduğunda mantıksal 0 ise çıktı mantıksal 1 olacaktır.

Şimdi çıkışı ve ikinci girişi 1 ... 1,2 kOhm dirençli bir direnç aracılığıyla çıkışa bağlayın 14 ve aynı zamanda, Şekil 2'de gösterildiği gibi ortak bir iletkene sahip bir kablo köprüsü. 93b.

Bu durumda, çıkış, ilk deneyde olduğu gibi mantıksal 1 olacaktır. Ayrıca, voltmetrenin okunu takip ederek, ikinci girişe mantıksal 1'e karşılık gelen bir sinyal uygulamak için kablo atlama telini çıkarın.

Bir voltmetre neyi ölçer? Elemanın çıkışındaki sinyal mantıksal 0'a dönüştürüldü. İşte böyle olmalı! Ve girişlerden herhangi biri ortak bir kabloya periyodik olarak kapatılırsa ve bu nedenle ona mantıksal 0 beslemesini simüle ederse, o zaman voltmetre iğnesinin dalgalanmalarıyla kanıtlandığı gibi, elemanın çıkışında aynı frekansta akım darbeleri görünecektir. . Deneysel olarak kontrol edin.

AND-NOT öğesinin giriş kontrol sinyallerinin etkisi altında durumunu değiştirme özelliği yaygın olarak kullanılmaktadır. çeşitli cihazlar dijital bilgi işlem. Radyo amatörleri, özellikle yeni başlayanlar, çoğu zaman invertör olarak bir mantık elemanı kullanırlar - çıkış sinyali giriş sinyalinin tersi olan bir cihaz.

Aşağıdaki deney bir elementin bu özelliğini doğrulayabilir. Elemanın her iki girişinin terminallerini birbirine ve 1 ... 1,2 kΩ dirençli bir direnç aracılığıyla terminale bağlayın. 14 (Şek. 93, V).

Böylece, voltajı bir voltmetre ile ölçülebilen, mantıksal 1'e karşılık gelen bir sinyali elemanın ortak girişine uygulayacaksınız. Bunun çıktısı nedir?

Ona bağlı voltmetrenin iğnesi, ölçeğin sıfır işaretinden biraz saptı. Dolayısıyla burada beklendiği gibi sinyal mantıksal 0'a karşılık gelir.

Daha sonra direnci çıkıştan ayırmadan 14 mikro devre, elemanın girişini bir tel atlama teli ile ortak bir iletkene arka arkaya birkaç kez kapatır (Şekil 93'te, V oklarla kesikli çizgiyle gösterilmiştir) ve aynı zamanda voltmetre iğnesini takip edin. Böylece invertörün girişi mantıksal 0 olduğunda çıkışın bu andaki mantıksal 1 olduğundan ve bunun tersi olarak giriş mantıksal 1 olduğunda çıkışın mantıksal 0 olduğundan emin olacaksınız.

Özellikle radyo amatörleri tarafından tasarladıkları darbe cihazlarında sıklıkla kullanılan bir invertör bu şekilde çalışır.

Böyle bir cihazın bir örneği, Şekil 2'de gösterilen devreye göre monte edilmiş bir puls üretecidir. 94. Sadece birkaç dakika harcayarak verimliliğini hemen şimdi doğrulayabilirsiniz.

D1.1 elemanının çıkışını elemanın girişlerine bağlayın D1.2 aynı mikro devre, çıkışı elemanın girişleriyle DJ.3, ve bu elemanın çıktısı (çıkış 8) - eleman girişi ile D1.1 değişken bir direnç R1 aracılığıyla . Eleman çıkışına D1.3 (çıkış arasında 8 ve ortak bir iletken) kulaklıkları bağlayın B1, D1.1 elemanlarına paralel ve D1.2 elektrolitik kapasitör C1.

Değişken direnç motorunu sağa (şemaya göre) konuma ayarlayın ve gücü açın - telefonlarda tonu değişken bir direnç tarafından değiştirilebilen bir ses duyacaksınız.

Bu deneyde elementler D1.1, D1.2 veD1.3, Üç aşamalı bir amplifikatörün transistörleri gibi seri olarak birbirine bağlanarak, dikdörtgen elektriksel darbelerden oluşan bir jeneratör olan bir multivibratör oluşturdular.

Mikro devre, elemanların çıkışı ve girişi arasında frekansa bağlı devreler oluşturan kapasitör ve direnç sayesinde bir jeneratör haline geldi. geri bildirim. Değişken bir dirençle, multivibratörün ürettiği darbelerin frekansı yaklaşık 300 Hz'den 10 kHz'e sorunsuz bir şekilde değiştirilebilir.

Hangi pratik kullanım bunu bulabilirim dürtü cihazı? Örneğin bir ev zili, alıcının ve bas amplifikatörünün basamaklarının performansını kontrol etmek için bir sonda, telgraf alfabesini dinleme eğitimi için bir jeneratör olabilir.

Çip üzerinde ev yapımı slot makinesi

Böyle bir cihaz Kırmızı veya Yeşil slot makinesine dönüştürülebilir. Böyle bir darbe cihazının bir diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 95. İşte unsurlar D1.1, D1.2, D1.3 aynı (veya aynı) K155LAZ yongası ve bir kapasitör C1 darbeleri transistörleri kontrol eden benzer bir multivibratör oluşturur VI Ve V2, şemaya göre ortak bir yayıcı ile bağlanır.

Öğe D1.4 invertör gibi çalışır. Onun sayesinde multivibratör darbeleri antifazdaki transistörlerin tabanlarına ulaşarak onları birer birer açıyor. Yani, örneğin, invertörün girişinde mantık 1 seviyesi ve çıkışta mantık 0 seviyesi olduğunda, bu anlarda transistör 1'DE açık ve ampul MERHABA kolektör devresinde açık ve transistör V2 kapalı ve onun ampulü H2 yanmaz.

Bir sonraki darbede invertör durumunu tersine çevirecektir. Şimdi transistör açılacak V2 ve ışık açılacak H2, bir transistör VI ampulü aç H1 dışarı çıkacak.

Ancak multivibratörün ürettiği darbelerin frekansı nispeten yüksektir (en az 15 kHz) ve ampuller elbette her darbeye yanıt veremez.

Bu nedenle loş bir şekilde parlıyorlar. Ancak kapasitörün kontaklarıyla kısa devre yapması için S1 düğmesine basmaya değer C1 ve böylece multivibratörün üretimini bozar, çünkü transistörlerden birinin ışığı hemen parlak bir şekilde yanar, buna göre o anda mantıksal 1'e karşılık gelen bir voltaj olur ve diğer ışık tamamen söner.

Düğmeye bastıktan sonra hangi ampullerin yanmaya devam edeceğini önceden söylemek imkansızdır - yalnızca tahmin edilebilir. Oyunun anlamı budur.

Oyun makinesi, pille birlikte (3336L veya seri bağlı üç 343 hücre), örneğin bir "cep" alıcısı durumunda küçük bir kutuya yerleştirilebilir.

Akkor ampuller MERHABA Ve H2(MH2.5-0.068 veya MH2.5-0.15) kasanın ön duvarındaki deliklerin altına yerleştirin ve bunları kırmızı ve yeşil organik cam kapaklar veya plakalarla kapatın. Burada ayrıca güç anahtarını (geçiş anahtarı TV-1) ve basmalı düğme anahtarını da sabitleyin §1(P2K veya KM-N tipi) multivibratörü durdurur.

Kuruluş kumar makinesi direnci dikkatlice seçmektir R1. Direnci, multivibratörü düğmeyle durdurduğunuzda öyle olmalıdır S1 Her bir ampulün yanma sayısı en az 80 – 100 katı kadar yaklaşık olarak aynıydı.

Öncelikle multivibratörün çalışıp çalışmadığını kontrol edin. Bunu yapmak için kapasitöre paralel C1, Kapasitansı 0,1 ... 0,5 μF olabilen e, 20 ... 30 μF kapasiteli bir elektrolitik kapasitör ve multivibratörün çıkışına kulaklık bağlayın - telefonlarda düşük perdeli bir ses görünmelidir.

Bu ses multivibratörün çalıştığının bir işaretidir. Daha sonra elektrolitik kondansatörü, direnci çıkarın R1 1,2 ... 1,3 kOhm dirençli ve terminaller arasında bir kesme direnci ile değiştirin 8 ve 11 element DI.3 Ve D1.4 DC voltmetreyi açın. Ayar direncinin direncini değiştirerek, voltmetrenin bu mikro devre elemanlarının çıkışları arasında sıfır voltaj göstereceği bir pozisyon elde edin.

Oyuncu sayısı herhangi bir olabilir. Herkes sırayla multivibratörün durdurma düğmesine basar. Kazanan, eşit sayıda hareketle, örneğin yirmi düğmeye basarak, Daha Multivibratör durduktan sonra ampullerin renklerini tahmin edin.

Ne yazık ki, burada açıklanan en basit oyun makinesinin multivibratörünün frekansı, pilin boşalması nedeniyle bir miktar değişiyor, bu da elbette farklı ampullerin ateşlenme olasılığını etkiler, bu nedenle onu stabilize edilmiş bir voltaj kaynağından beslemek daha iyidir 5 V.

Literatür: Borisov V. G. Yeni başlayan radyo amatörleri için pratik. 2. baskı, Gözden geçirilmiş. ve ek — M.: DOSAAF, 1984. 144 s., hasta. 55 bin.