Setiap alat elektronik yang kita gunakan dalam kehidupan seharian kita, seperti telefon bimbit, komputer riba, peti sejuk, komputer, televisyen, dan semua alat elektrik dan elektronik lain dihasilkan dengan beberapa litar sederhana atau kompleks. Litar elektronik direalisasikan menggunakan gandaan komponen elektrik dan elektronik dihubungkan antara satu sama lain dengan menghubungkan wayar atau mengalirkan wayar untuk aliran arus elektrik melalui pelbagai komponen litar, seperti perintang , kapasitor , induktor, diod, transistor, dan sebagainya. Litar dapat diklasifikasikan ke dalam pelbagai jenis berdasarkan kriteria yang berbeza, seperti, berdasarkan hubungan: litar siri dan litar selari berdasarkan ukuran dan proses pembuatan litar: litar bersepadu dan litar diskrit dan, berdasarkan isyarat yang digunakan dalam litar : litar analog dan litar digital. Artikel ini membincangkan gambaran keseluruhan pelbagai jenis litar bersepadu dan aplikasinya.

Apa itu Litar Bersepadu?

Litar bersepadu atau IC atau microchip atau chip adalah mikroskopik litar elektronik susunan yang dibentuk oleh fabrikasi pelbagai komponen elektrik dan elektronik (perintang, kapasitor, transistor, dan sebagainya) pada bahan semikonduktor (silikon) wafer, yang dapat melakukan operasi yang serupa dengan litar elektronik diskrit besar yang terbuat dari komponen elektronik diskrit.

Litar Bersepadu

Oleh kerana semua susunan komponen ini, rangkaian mikroskopik dan asas bahan wafer semikonduktor digabungkan bersama untuk membentuk satu cip, oleh itu, ia dipanggil litar bersepadu atau cip bersepadu atau mikrocip.

Litar elektronik dikembangkan menggunakan komponen elektronik individu atau diskrit dengan saiz yang berbeza, sehingga kos dan ukuran litar diskrit ini meningkat dengan bilangan komponen yang digunakan dalam litar. Untuk mengatasi aspek negatif ini, teknologi litar bersepadu dikembangkan - Jack Kilby dari Texas Instruments mengembangkan IC pertama atau litar bersepadu pada tahun 1950-an, dan selepas itu, Robert Noyce dari Fairchild Semiconductor menyelesaikan beberapa masalah praktikal litar bersepadu ini.

Sejarah Litar Bersepadu

Sejarah litar bersepadu dimulakan dengan peranti Solid state. Penemuan tiub vakum pertama dilakukan oleh John Ambrose (J.A) Fleming pada tahun 1897, yang disebut diod vakum. Untuk motor, dia mencipta peraturan di sebelah kiri. Selepas itu pada tahun 1906, vakum baru diciptakan iaitu Triode dan ia digunakan untuk penguatan.

Selepas itu, transistor dicipta di Bell Labs pada tahun 1947 untuk menggantikan tiub vakum sebahagiannya kerana transistor adalah komponen kecil yang menggunakan tenaga yang lebih sedikit untuk berfungsi. Litar yang berbeza dirancang menggunakan komponen diskrit dengan memisahkan antara satu sama lain dan juga disusun pada papan litar bercetak dengan mengendalikan melalui tangan yang dikenali sebagai litar tidak bersepadu. IC ini menggunakan banyak tenaga dan ruang dan outputnya tidak begitu lancar.

Pada tahun 1959, Litar Bersepadu dikembangkan, di mana beberapa komponen elektronik dan elektrik dibuat melalui wafer silikon tunggal. Litar bersepadu menggunakan kuasa rendah untuk beroperasi serta memberikan output yang lancar. Selanjutnya, peningkatan transistor melalui litar bersepadu juga dapat ditingkatkan.

Evolusi Litar Bersepadu dari Teknologi Berbeza

Pengelasan IC dapat dilakukan berdasarkan ukuran cip dan skala integrasi. Di sini, skala integrasi menentukan bilangan komponen elektronik yang dimasukkan ke dalam Litar Bersepadu khas.
Dari tahun 1961 hingga 1965, teknologi integrasi skala kecil (SSI) digunakan untuk membuat 10 hingga 100 transistor pada satu cip untuk membuat sandal dan pintu logik.

Dari tahun 1966 hingga 1970, teknologi integrasi skala sederhana (MSI) digunakan untuk membuat 100 hingga 1000 transistor pada satu cip untuk membuat multiplexer, decoder & counter.

Dari tahun 1971 hingga 1979, teknologi integrasi skala besar (LSI) digunakan untuk membuat 1000 hingga 20000 transistor pada satu cip untuk membuat RAM, mikropemproses, ROM

Dari tahun 1980 hingga 1984, teknologi integrasi skala sangat besar (VLSI) digunakan untuk membuat 20000 hingga 50000 transistor pada satu cip untuk membuat mikropemproses RISC, DSP, dan mikropemproses mi16-bit dan 32-bit.

Dari tahun 1985 hingga sekarang, teknologi integrasi skala besar (ULSI) digunakan untuk membuat 50000 hingga berbilion transistor pada satu cip untuk membuat mikropemproses 64-bit.

Batasan Pelbagai Jenis Litar Bersepadu

Batasan pelbagai jenis IC merangkumi yang berikut.

“bagaimana flip flop berfungsi ”

Kedudukan kuasa adalah terhad
Ia berfungsi pada voltan rendah
Ia menghasilkan bunyi semasa beroperasi
Penilaian PNP yang tinggi tidak mungkin
Komponennya bergantung kepada voltan seperti perintang & kapasitor
Ia halus
Pembuatan IC melalui bunyi rendah sukar
Pekali suhu sukar dicapai.
Pemasangan PNP gred tinggi tidak dapat dicapai.
Di IC, mana-mana com
Dalam IC, komponen yang berlainan tidak dapat diganti, dihapus, jadi, jika ada komponen dalam IC yang rusak, maka IC yang lengkap harus berubah dengan yang baru.
Penarafan daya terhad kerana pembuatan IC di atas rating kuasa 10 Watt tidak mungkin dilakukan

Pelbagai Jenis Litar Bersepadu

Terdapat pelbagai jenis klasifikasi IC Litar Bersepadu yang dilakukan berdasarkan pelbagai kriteria. Beberapa jenis IC dalam sistem ditunjukkan pada gambar di bawah dengan namanya dalam format pokok.

Jenis ICS yang berbeza

Berdasarkan aplikasi yang dimaksudkan, IC diklasifikasikan sebagai litar bersepadu analog, litar bersepadu digital, dan litar terpadu campuran.

Litar Bersepadu Digital

Litar bersepadu yang beroperasi hanya pada beberapa tahap yang ditentukan dan bukannya beroperasi secara keseluruhan tahap amplitud isyarat disebut IC Digital dan ini dirancang dengan menggunakan beberapa nombor gerbang logik digital , multiplexer, flip flop, dan komponen elektronik litar lain. Pintu logik ini berfungsi dengan data input binari atau data input digital, seperti 0 (rendah atau salah atau logik 0) dan 1 (tinggi atau benar atau logik 1).

Litar Bersepadu Digital

Gambar di atas menunjukkan langkah-langkah yang terlibat dalam merancang litar bersepadu digital khas. IC digital ini sering digunakan di komputer, pemproses mikro , pemproses isyarat digital, rangkaian komputer, dan pembilang frekuensi. Terdapat pelbagai jenis IC digital atau jenis litar bersepadu digital, seperti IC yang dapat diprogram, cip memori, IC logik, IC pengurusan kuasa dan IC antara muka.

Litar Bersepadu Analog

Litar bersepadu yang beroperasi pada rangkaian isyarat yang berterusan disebut IC Analog. Ini dibahagikan kepada Litar Bersepadu linear (Linear IC) dan Frekuensi radio Litar Bersepadu (RF IC). Sebenarnya, hubungan antara voltan dan arus mungkin tidak linear dalam beberapa kes dalam jarak panjang isyarat analog berterusan.

Litar Bersepadu Analog

IC analog yang sering digunakan adalah penguat operasi atau hanya disebut op-amp, mirip dengan penguat pembezaan, tetapi mempunyai keuntungan voltan yang sangat tinggi. Ini terdiri daripada bilangan transistor yang sangat sedikit berbanding IC digital, dan, untuk membangunkan litar bersepadu khusus aplikasi analog (analog ASIC), digunakan alat simulasi berkomputer.

Litar Bersepadu Linear

Dalam litar bersepadu analog, sekiranya hubungan linear antara voltan dan arusnya wujud maka ia dikenali sebagai IC linear. Contoh terbaik IC linier ini ialah.741 IC, adalah op-amp DIP 8-pin (Dual In-Line Package),

Litar Bersepadu Frekuensi Radio

Dalam IC analog, jika hubungan tidak linear antara voltan & arusnya wujud maka ia disebut IC frekuensi radio. IC jenis ini juga dikenali sebagai litar bersepadu frekuensi radio.

Litar Bersepadu Campuran

Litar bersepadu yang diperoleh dengan gabungan IC analog dan digital pada satu cip disebut IC Campuran. IC ini berfungsi sebagai penukar Digital ke Analog, Penukar analog ke digital (Penukar D / A dan A / D), dan IC jam / masa. Litar yang digambarkan dalam gambar di atas adalah contoh litar bersepadu campuran yang merupakan gambar dari penerima radar penyembuhan diri 8 hingga 18 GHz.

Litar Bersepadu Campuran

Sistem-pada-a-cip isyarat campuran ini adalah hasil dari kemajuan teknologi integrasi, yang memungkinkan penyatuan fungsi digital, pelbagai analog, dan RF pada satu cip.

Jenis litar bersepadu umum (IC) merangkumi yang berikut:

Litar Logik

IC ini direka menggunakan pintu logik-yang berfungsi dengan input dan output binari (0 atau 1). Ini kebanyakannya digunakan sebagai pembuat keputusan. Berdasarkan jadual logik atau kebenaran dari gerbang logik, semua gerbang logik yang disambungkan dalam IC memberikan output berdasarkan rangkaian yang disambungkan di dalam IC - sehingga output ini digunakan untuk melaksanakan tugas yang dimaksudkan secara khusus. Beberapa IC logik ditunjukkan di bawah.

Litar Logik

Pembanding

IC pembanding digunakan sebagai pembanding untuk membandingkan input dan kemudian menghasilkan output berdasarkan perbandingan IC.

Pembanding

Menukar IC

Switches atau Switching IC dirancang dengan menggunakan transistor dan digunakan untuk melakukan menukar operasi . Gambar di atas adalah contoh yang menunjukkan suis IC SPDT.

Menukar IC

Penguat Audio

Audio penguat adalah salah satu daripada banyak jenis IC, yang digunakan untuk penguatan audio. Ini biasanya digunakan dalam pembesar suara audio, litar televisyen, dan sebagainya. Litar di atas menunjukkan IC penguat audio voltan rendah.

Penguat audio

Litar Bersepadu CMOS

Litar bersepadu CMOS sangat digunakan dalam aplikasi yang berbeza dibandingkan dengan FET kerana kemampuannya seperti voltan ambang yang lebih rendah, penggunaan kuasa rendah. IC CMOS merangkumi peranti P-MOS & N-MOS yang dibuat bersama pada cip yang serupa. Struktur IC ini adalah pintu gerbang Polysilicon yang membantu mengurangkan voltan ambang peranti, sehingga memungkinkan proses pada tahap voltan rendah.

IC Pengatur Voltan

Litar bersepadu semacam ini memberikan output DC yang stabil walaupun terdapat perubahan dalam input DC. Pengatur jenis yang biasa digunakan ialah IC LM309, uA723, LM105 & 78XX.

Penguat Operasi

The penguat operasi IC yang sering digunakan, serupa dengan penguat audio yang digunakan untuk penguat audio. Op-amp ini digunakan untuk tujuan pembesaran, dan IC ini berfungsi sama dengan transistor litar penguat. Konfigurasi pin IC 741 op-amp ditunjukkan pada gambar di atas.

Penguat operasi

IC Pemasa

Pemasa adalah litar bersepadu khas yang digunakan untuk tujuan mengira dan mengesan masa dalam aplikasi yang dimaksudkan. Gambarajah blok litar dalaman IC pemasa LM555 ditunjukkan dalam litar di atas. Berdasarkan bilangan komponen yang digunakan (biasanya berdasarkan jumlah transistor yang digunakan), ia adalah seperti berikut

IC Pemasa

Integrasi berskala kecil hanya terdiri daripada beberapa transistor (puluhan transistor pada cip), IC ini memainkan peranan penting dalam projek aeroangkasa awal.

Integrasi berskala sederhana terdiri daripada beberapa beratus transistor pada cip IC yang dikembangkan pada tahun 1960-an dan mencapai ekonomi dan kelebihan yang lebih baik berbanding dengan SSI IC.

Integrasi berskala besar terdiri daripada beribu-ribu transistor pada cip dengan ekonomi yang hampir sama dengan IC integrasi skala sederhana. Mikroprosesor pertama, cip kalkulator, dan RAM 1Kbit yang dikembangkan pada tahun 1970-an mempunyai di bawah empat ribu transistor.

Integrasi Berskala Besar terdiri daripada transistor dari ratusan hingga beberapa bilion. (Tempoh pembangunan: dari tahun 1980 hingga 2009)

Integrasi berskala sangat besar terdiri daripada transistor lebih dari satu juta, dan kemudian integrasi skala wafer (WSI), sistem pada cip (SoC), dan litar bersepadu tiga dimensi (3D-IC) dikembangkan.

Semua ini dapat dianggap sebagai generasi teknologi bersepadu. IC juga dikelaskan berdasarkan proses fabrikasi dan teknologi pembungkusan. Terdapat banyak jenis IC antaranya, IC akan berfungsi sebagai pemasa, penghitung, daftar , penguat, pengayun, pintu logik, penambah, mikropemproses, dan sebagainya.

Jenis Litar Bersepadu berdasarkan Kelas

Litar bersepadu boleh didapati dalam tiga kelas berdasarkan teknik yang digunakan semasa pembuatannya.

IC filem nipis dan tebal
IC monolitik
IC hibrid atau multichip

IC nipis & tebal

Dalam jenis litar bersepadu ini, komponen pasif seperti kapasitor dan perintang digunakan namun transistor dan diod disambungkan seperti komponen berasingan untuk merancang litar. IC ini hanyalah gabungan dari komponen yang terintegrasi dan juga yang berasingan dan IC ini mempunyai ciri dan penampilan yang berkaitan selain cara pemendapan filem. Dari ICS, pemendapan filem IC nipis dapat diputuskan.

“litar pemacu motor dc tanpa berus ”

IC ini direka bentuk dengan membuat filem penyimpan bahan di permukaan kaca sebaliknya pada pendirian seramik. Dengan mengubah ketebalan filem pada bahan akan mempunyai ketahanan yang berbeza dan pembuatan komponen elektronik pasif dapat dilakukan.

Dalam jenis litar bersepadu ini, kaedah pencetakan sutera digunakan untuk membuat model litar yang diperlukan pada substrat seramik. Kadang kala, IC jenis ini dipanggil IC filem nipis bercetak.

IC monolitik

Dalam litar bersepadu seperti ini, interkoneksi komponen aktif, pasif, dan diskrit pada cip silikon dapat terbentuk. Seperti namanya, ia berasal dari kata Yunani seperti mono tidak lain dan tunggal sedangkan Lithos bermaksud batu. Pada masa ini, IC ini paling sering digunakan kerana kos dan kebolehpercayaan yang lebih rendah. IC yang dihasilkan secara komersial digunakan seperti pengatur voltan, penguat, litar komputer, dan penerima AM. Walau bagaimanapun, penebat di antara komponen IC monolitik lemah tetapi juga mempunyai penarafan kuasa yang kurang

Pakej Dual-in-line (DIP) IC

DIP (pakej dual in-line) atau DIPP (pakej dual in-line pin) adalah pakej komponen elektronik dari segi mikroelektronik atau elektronik dengan papan segi empat & dua baris selari dengan pin penyambung elektrik.

IC Hibrid atau Multi-Chip

Seperti namanya, pelbagai cara di atas satu cip individu yang saling berkaitan. Komponen aktif seperti diod atau transistor tersebar merangkumi IC ini sedangkan komponen pasif adalah kapasitor atau perintang yang tersebar pada satu cip. Sambungan komponen-komponen ini dapat dilakukan melalui prototaip logam. Litar bersepadu multi-cip digunakan secara meluas untuk aplikasi penguat kuasa tinggi dari 5W hingga 50W. Berbanding dengan litar bersepadu monolitik, prestasi IC hibrid lebih unggul.

Jenis Pakej IC

Pakej IC dikategorikan kepada dua jenis seperti Through-Hole Mount & Surface Mount Packaging.

Pakej Pemasangan Melalui Lubang

Perancangan ini boleh dilakukan di mana pin plumbum dipasang melalui satu permukaan papan & dibakar di sisi lain. Jika dibandingkan dengan jenis lain, ukuran pakej ini lebih besar. Ini digunakan terutamanya dalam alat elektronik untuk mengimbangi ruang papan dan juga had kos. Contoh terbaik pakej pelekap melalui lubang adalah pakej sebaris Dual kerana ini adalah yang paling banyak digunakan. Pakej ini terdapat dalam dua jenis seperti seramik & plastik.

Pada ATmega328, 28-pin terletak selari antara satu sama lain dengan mengembang secara menegak & dibentangkan pada papan bentuk segi empat tepat plastik hitam. Ruang antara pin dikekalkan dengan 0.1 inci. Selain itu, pakejnya berubah dari segi ukuran kerana perbezaan dalam no. pin dalam pakej yang berbeza. Susunan pin ini dapat dilakukan sedemikian rupa sehingga mereka dapat diatur ke tengah papan roti sehingga arus pendek tidak dapat terjadi.

Pakej IC mount-hole yang berbeza adalah PDIP, DIP, ZIP, PENTAWATT, T7-TO220, TO2205, TO220, TO99, TO92, TO18, TO03.

Pembungkusan Permukaan Permukaan

Pembungkusan seperti ini mengikuti teknologi pemasangan sebaliknya meletakkan komponen terus pada PCB. Walaupun kaedah pembuatannya dapat membantu melakukan sesuatu dengan cepat, ia juga meningkatkan kemungkinan kesalahan kerana komponen kecil & ia disusun berdekatan satu sama lain. Pembungkusan seperti ini menggunakan cetakan plastik atau seramik. Pelbagai jenis pembungkusan permukaan yang menggunakan acuan plastik adalah pakej L-lead dengan garis kecil dan BGA (Ball Grid Array).

Pakej IC permukaan yang berbeza adalah SOT23, SOT223, TO252, TO263, DDPAK, SOP, TSOP, TQFP, QFN, dan BGA.

Kelebihan

Kelebihan jenis litar Bersepadu dibincangkan di bawah.

Penggunaan Kuasa Rendah

Litar bersepadu menggunakan tenaga yang lebih sedikit untuk berfungsi dengan baik kerana saiz dan pembinaannya yang kurang.

Saiznya Ringkas

Litar kecil menggunakan IC dapat diperoleh untuk fungsi tertentu dibandingkan dengan litar diskrit.

“cara menggunakan pengawal pid ”

Kurang Kos

Berbanding dengan litar diskrit, litar bersepadu tersedia dengan harga yang lebih rendah kerana teknologi fabrikasinya dan juga penggunaan bahan yang rendah.

Kurang Berat

Litar yang menggunakan litar bersepadu kurang berat jika dibandingkan dengan litar diskrit

Kelajuan Operasi ditingkatkan

Litar bersepadu berfungsi pada kelajuan tinggi kerana kelajuan pensuisan serta penggunaan kuasa yang rendah.

Kebolehpercayaan yang tinggi

Setelah litar menggunakan sambungan rendah, litar bersepadu akan memberikan kebolehpercayaan yang tinggi berbanding dengan litar digital.

Saiz IC kecil tetapi beribu-ribu komponen dapat dibuat pada cip ini.
Dengan menggunakan satu cip, rangkaian elektronik kompleks yang berbeza dirancang
Kerana pengeluaran pukal, ini tersedia dengan kos yang lebih rendah
Kelajuan operasi tinggi kerana kekurangan kesan kapasitansi parasit.
Dari litar ibu, ia dapat diubah dengan mudah

Kekurangan

Kelemahan pelbagai jenis litar bersepadu merangkumi yang berikut.

Panas tidak dapat dilupuskan pada kadar yang diperlukan kerana ukurannya yang kecil dan arus yang melimpah dapat menyebabkan kerosakan IC
Dalam litar Bersepadu, transformer, dan juga induktor, tidak dapat digabungkan
Ia menangani pelbagai kuasa yang terhad
Pemasangan PNP gred tinggi tidak dapat dicapai.
Pekali suhu rendah tidak dapat dicapai
Julat pelesapan kuasa adalah sehingga 10 watt
Operasi voltan tinggi dan kebisingan rendah tidak dapat diperoleh

Oleh itu, ini adalah mengenai gambaran keseluruhan pelbagai jenis litar bersepadu. Litar Bersepadu konvensional dikurangkan dalam penggunaan praktikal, kerana penemuan elektronik-nano dan miniaturisasi IC diteruskan oleh ini Teknologi nano-elektronik . Walau bagaimanapun, IC konvensional belum digantikan oleh nano-elektronik tetapi penggunaan IC konvensional semakin berkurang. Untuk memperbaiki artikel ini secara teknikal, hantarkan pertanyaan, idea, dan cadangan anda sebagai komen anda di bahagian bawah.

Kredit Foto: