Todos os aparelhos eletrônicos que usamos no dia a dia, como telefones celulares, laptops, geladeiras, computadores, televisores e todos os outros aparelhos elétricos e eletrônicos são fabricados com alguns circuitos simples ou complexos. Os circuitos eletrônicos são realizados usando vários componentes elétricos e eletrônicos conectados uns aos outros conectando fios ou fios condutores para o fluxo de corrente elétrica através dos vários componentes do circuito, como resistores , capacitores , indutores, diodos, transistores e assim por diante. Os circuitos podem ser classificados em diferentes tipos com base em diferentes critérios, tais como, com base em conexões: circuitos em série e circuitos paralelos com base no tamanho e processo de fabricação do circuito: circuitos integrados e circuitos discretos e, com base no sinal utilizado no circuito : circuitos analógicos e circuitos digitais. Este artigo discute uma visão geral dos diferentes tipos de circuitos integrados e suas aplicações.

O que é um circuito integrado?

Circuito integrado ou IC ou microchip ou chip é um microscópio circuito eletronico matriz formada pela fabricação de vários componentes elétricos e eletrônicos (resistores, capacitores, transistores e assim por diante) em um material semicondutor (silício) wafer, que pode realizar operações semelhantes aos grandes circuitos eletrônicos discretos feitos de componentes eletrônicos discretos.

Circuitos integrados

Como todas essas matrizes de componentes, circuitos microscópicos e base de material de wafer semicondutor são integrados para formar um único chip, portanto, é chamado de circuito integrado ou chip integrado ou microchip.

Os circuitos eletrônicos são desenvolvidos usando componentes eletrônicos individuais ou discretos com tamanhos diferentes, de modo que o custo e o tamanho desses circuitos discretos aumentam com o número de componentes usados no circuito. Para superar esse aspecto negativo, a tecnologia de circuito integrado foi desenvolvida - Jack Kilby da Texas Instruments desenvolveu o primeiro IC ou circuito integrado na década de 1950 e, a partir daí, Robert Noyce da Fairchild Semiconductor resolveu alguns problemas práticos desse circuito integrado.

História dos Circuitos Integrados

A história dos circuitos integrados foi iniciada com dispositivos de estado sólido. A invenção do primeiro tubo de vácuo foi feita por John Ambrose (J.A) Fleming no ano de 1897, chamado de diodo de vácuo. Para motores, ele inventou a regra da mão esquerda. Depois disso, no ano de 1906, um novo vácuo foi inventado, chamado Triodo, e é usado para amplificação.

Depois disso, o transistor foi inventado na Bell Labs no ano de 1947 para substituir as válvulas de vácuo parcialmente porque os transistores são pequenos componentes que usam menos energia para funcionar. Circuitos diferentes foram projetados usando componentes discretos, separando-se uns dos outros, bem como dispostos nas placas de circuito impresso, controlando por meio de mãos conhecidas como circuitos não integrados. Esses ICs consomem muita energia e espaço e sua saída não é tão suave.

Em 1959, foi desenvolvido o Circuito Integrado, onde vários componentes eletrônicos e elétricos foram fabricados sobre um único wafer de silício. Os circuitos integrados usam baixa potência para operar e também fornecem uma saída uniforme. Além disso, o aprimoramento de transistores em um circuito integrado também pode ser aumentado.

Evolução do circuito integrado de diferentes tecnologias

A classificação dos ICs pode ser feita com base nos tamanhos do chip e na escala de integração. Aqui, uma escala de integração especifica o número de componentes eletrônicos colocados em um circuito integrado típico.
De 1961 a 1965, a tecnologia de integração em pequena escala (SSI) foi usada para fabricar de 10 a 100 transistores em um único chip para fazer flip-flops e portas lógicas.

De 1966 a 1970, a tecnologia de integração de média escala (MSI) foi usada para fabricar de 100 a 1000 transistores em um único chip para fazer multiplexadores, decodificadores e contadores.

De 1971 a 1979, a tecnologia de integração em grande escala (LSI) foi usada para fabricar de 1000 a 20000 transistores em um único chip para fazer RAM, microprocessador, ROM

De 1980 a 1984, a tecnologia de integração em escala muito grande (VLSI) foi usada para fabricar 20.000 a 50000 transistores em um único chip para fazer microprocessadores RISC, DSPs e microprocessadores mi16 e 32 bits.

De 1985 até agora, a tecnologia de integração em escala ultra grande (ULSI) foi usada para fabricar de 50000 a bilhões de transistores em um único chip para fazer microprocessadores de 64 bits.

Limitações de diferentes tipos de circuitos integrados

A limitação de diferentes tipos de ICs inclui o seguinte.

“Tabela de verdade do contador de 4 bits ”

A classificação de energia é limitada
Funciona em baixa tensão
Ele gera ruído durante a operação
Uma alta classificação de PNP não é provável
Seus componentes são dependentes de voltagem, como resistores e capacitores
É delicado
A fabricação de um IC por meio de baixo ruído é difícil
O coeficiente de temperatura é difícil de ser alcançado.
A montagem de PNP de alto grau não é possível.
Em IC, qualquer com
Em um IC, diferentes componentes não podem ser substituídos ou removidos, portanto, se algum componente dentro de um IC danificar, o IC completo deve ser trocado pelo novo.
A classificação de energia é limitada porque a fabricação de ICs acima da classificação de potência de 10 Watt não é possível

Diferentes tipos de circuitos integrados

Existem diferentes tipos de ICs. A classificação de circuitos integrados é feita com base em vários critérios. Alguns tipos de CIs em um sistema são mostrados na figura abaixo com seus nomes em formato de árvore.

Diferentes tipos de ICS

Com base na aplicação pretendida, o IC é classificado como circuitos integrados analógicos, circuitos integrados digitais e circuitos integrados mistos.

Circuitos integrados digitais

Os circuitos integrados que operam apenas em alguns níveis definidos em vez de operar níveis gerais de amplitude do sinal são chamados de CIs Digitais e são projetados usando vários números de portas lógicas digitais , multiplexadores, flip-flops e outros componentes eletrônicos de circuitos. Essas portas lógicas funcionam com dados de entrada binários ou dados de entrada digital, como 0 (baixo ou falso ou lógico 0) e 1 (alto ou verdadeiro ou lógico 1).

Circuitos integrados digitais

A figura acima mostra as etapas envolvidas no projeto de circuitos integrados digitais típicos. Esses ICs digitais são frequentemente usados em computadores, microprocessadores , processadores de sinais digitais, redes de computadores e contadores de frequência. Existem diferentes tipos de CIs digitais ou tipos de circuitos integrados digitais, como CIs programáveis, chips de memória, CIs lógicos, CIs de gerenciamento de energia e CIs de interface.

Circuitos Integrados Analógicos

Os circuitos integrados que operam em uma faixa contínua de sinais são chamados de CIs analógicos. Estes são subdivididos em circuitos integrados lineares (ICs lineares) e Frequência de rádio Circuitos integrados (ICs RF). Na verdade, a relação entre a tensão e a corrente pode ser não linear em alguns casos em uma longa faixa do sinal analógico contínuo.

Circuitos Integrados Analógicos

O IC analógico freqüentemente usado é um amplificador operacional ou simplesmente chamado de amplificador operacional, semelhante ao amplificador diferencial, mas possui um ganho de voltagem muito alto. Ele consiste em um número muito menor de transistores em comparação com os CIs digitais e, para desenvolver circuitos integrados específicos de aplicativos analógicos (ASICs analógicos), são utilizadas ferramentas de simulação computadorizada.

Circuitos Integrados Lineares

Em um circuito integrado analógico, se houver uma relação linear entre sua tensão e corrente, ela é conhecida como IC linear. O melhor exemplo deste IC linear é.741 IC, é um amplificador operacional DIP (Dual In-line Package) de 8 pinos,

Circuitos integrados de radiofrequência

Em IC analógico, se houver uma relação não linear entre sua tensão e corrente, ele é chamado de ICs de radiofrequência. Este tipo de IC também é conhecido como circuito integrado de radiofrequência.

Circuitos Integrados Mistos

Os circuitos integrados que são obtidos pela combinação de CIs analógicos e digitais em um único chip são chamados de CIs mistos. Esses ICs funcionam como conversores digital para analógico, Conversores analógico para digital (Conversores D / A e A / D) e CIs de clock / cronometragem. O circuito representado na figura acima é um exemplo do circuito integrado misto que é uma fotografia do receptor de radar de autocura de 8 a 18 GHz.

Circuitos Integrados Mistos

Este Systems-on-a-chip de sinal misto é resultado dos avanços na tecnologia de integração, que possibilitou a integração de funções digitais, analógicas múltiplas e RF em um único chip.

Os tipos gerais de circuitos integrados (ICs) incluem o seguinte:

Circuitos Lógicos

Esses ICs são projetados usando portas lógicas - que funcionam com entrada e saída binárias (0 ou 1). Estes são usados principalmente como tomadores de decisão. Com base na lógica ou tabela verdade das portas lógicas, todas as portas lógicas conectadas no IC fornecem uma saída baseada no circuito conectado dentro do IC - de forma que esta saída seja usada para realizar uma tarefa específica pretendida. Alguns ICs lógicos são mostrados abaixo.

Circuitos Lógicos

Comparadores

Os ICs comparadores são usados como comparadores para comparar as entradas e, em seguida, para produzir uma saída com base na comparação dos ICs.

Comparadores

Switching ICs

Switches ou CIs de comutação são projetados usando os transistores e são usados para realizar o operações de comutação . A figura acima é um exemplo que mostra um switch SPDT IC.

Switching ICs

Amplificadores de áudio

O audio amplificadores são um dos muitos tipos de ICs, que são usados para a amplificação do áudio. Eles geralmente são usados em alto-falantes de áudio, circuitos de televisão e assim por diante. O circuito acima mostra o amplificador de áudio de baixa tensão IC.

“como construir um rádio transistor do zero ”

Amplificadores de áudio

Circuito Integrado CMOS

Os circuitos integrados CMOS são extremamente usados em diferentes aplicações em comparação com os FETs por causa de seus recursos, como tensão de limite inferior e baixo consumo de energia. Um CMOS IC inclui dispositivos P-MOS e N-MOS que são fabricados em conjunto em um chip semelhante. A estrutura deste IC é uma porta de polissilício que ajuda a diminuir a tensão de limiar do dispositivo, permitindo, portanto, o processo em níveis de baixa tensão.

CIs reguladores de tensão

Este tipo de circuito integrado fornece uma saída CC estável, apesar das mudanças na entrada CC. Os reguladores de tipo comumente usados são ICs LM309, uA723, LM105 e 78XX.

Amplificadores operacionais

O amplificadores operacionais são ICs usados com freqüência, semelhantes aos amplificadores de áudio que são usados para a amplificação de áudio. Esses amplificadores operacionais são usados para fins de amplificação, e esses ICs funcionam de forma semelhante ao transistor circuitos amplificadores. A configuração do pino do 741 op-amp IC é mostrada na figura acima.

Amplificadores operacionais

Timer ICs

Cronômetros são circuitos integrados de propósito especial usados para o propósito de contagem e para manter um controle do tempo nas aplicações pretendidas. O diagrama de blocos do circuito interno do LM555 temporizador IC é mostrado no circuito acima. Com base no número de componentes usados (normalmente com base no número de transistores usados), eles são os seguintes

Timer ICs

Integração em pequena escala consiste em apenas alguns transistores (dezenas de transistores em um chip), esses ICs desempenharam um papel crítico nos primeiros projetos aeroespaciais.

Integração de Média Escala consiste em algumas centenas de transistores no chip IC desenvolvido na década de 1960 e alcançou melhor economia e vantagens em comparação com os ICs SSI.

Integração em larga escala consiste em milhares de transistores no chip com quase a mesma economia dos CIs de integração de médio porte. O primeiro microprocessador, chips de calculadora e RAMs de 1Kbit desenvolvidos na década de 1970 tinham menos de quatro mil transistores.

Integração em larga escala consiste em transistores de centenas a vários bilhões em número. (Período de desenvolvimento: da década de 1980 a 2009)

Integração em larga escala consiste em transistores com mais de um milhão e, posteriormente, foram desenvolvidos a integração em escala de wafer (WSI), sistema em um chip (SoC) e circuito integrado tridimensional (3D-IC).

Todos esses podem ser tratados como gerações de tecnologia integrada. Os CIs também são classificados com base no processo de fabricação e na tecnologia de embalagem. Existem vários tipos de ICs, entre os quais, um IC funcionará como um temporizador, contador, registro , amplificador, oscilador, porta lógica, somador, microprocessador e assim por diante.

Tipos de circuitos integrados baseados em classes

Os circuitos integrados estão disponíveis em três classes, com base nas técnicas utilizadas durante sua fabricação.

CIs de filme fino e espesso
ICs monolíticos
ICs híbridos ou multichip

CIs finos e grossos

Nestes tipos de circuitos integrados, componentes passivos como capacitores e resistores são usados, no entanto, os transistores e diodos são conectados como componentes separados para projetar um circuito. Esses ICs são simplesmente a combinação de componentes integrados e separados e esses ICs têm características e aparência relacionadas, além da forma de deposição do filme. A partir do ICS, a deposição do filme fino dos ICs pode ser decidida.

Esses ICs são projetados através de filmes de depósito de material condutor na superfície do vidro, caso contrário em um suporte de cerâmica. Ao alterar a espessura dos filmes os materiais terão resistividade diferente e a fabricação de componentes eletrônicos passivos pode ser feita.

“dc para ac inversor ic ”

Nesse tipo de circuito integrado, o método de impressão em seda é utilizado para fazer o modelo necessário do circuito em um substrato de cerâmica. Às vezes, esse tipo de CI é chamado de CIs de filme fino impresso.

ICs monolíticos

Nesse tipo de circuito integrado, as interconexões dos componentes ativo, passivo e discreto em um chip de silício podem ser formadas. Como o nome sugere, é derivado da palavra grega como mono não é nada além de único, enquanto Lithos significa pedra. No momento, esses ICs são mais comumente usados devido ao menor custo e também à confiabilidade. Os ICs fabricados comercialmente são usados como reguladores de tensão, amplificadores, circuitos de computador e receptores AM. No entanto, o isolamento entre os componentes monolíticos IC é ruim, mas também tem menos potência nominal,

Pacote dual-in-line (DIP) IC

Um DIP (um pacote em linha duplo) ou DIPP (pacote de pinos em linha duplo) é um pacote de componentes eletrônicos em termos de microeletrônica ou eletrônica com uma placa retangular e duas fileiras paralelas com pinos de conexão elétricos.

ICs híbridos ou multi-chip

Como o nome sugere, multi significa acima de um chip individual que está interconectado. Os componentes ativos, como diodos ou transistores difusos, incluem esses ICs, enquanto os componentes passivos são os capacitores ou resistores difusos em um único chip. A conexão desses componentes pode ser feita através de protótipos metalizados. Os circuitos integrados multi-chip são amplamente utilizados para aplicações de amplificadores de alta potência de 5W a 50W. Em comparação com os circuitos integrados monolíticos, o desempenho dos ICs híbridos é superior.

Tipos de pacotes IC

Os pacotes IC são categorizados em dois tipos, como montagem através do orifício e embalagem de montagem em superfície.

Pacotes de montagem através do orifício

O projeto deles pode ser feito onde os pinos de chumbo são fixados através de uma face da placa e queimados no outro lado. Em comparação com outros tipos, o tamanho desses pacotes é maior. Eles são utilizados principalmente em dispositivos eletrônicos para equilibrar o espaço da placa e também os limites de custo. O melhor exemplo de pacotes de montagem através de orifício são os pacotes Dual inline porque são os mais usados. Esses pacotes estão disponíveis em dois tipos, como cerâmica e plástico.

No ATmega328, os 28 pinos estão localizados em paralelo uns com os outros, expandindo-se verticalmente e dispostos em uma placa retangular de plástico preto. O espaço entre os pinos é mantido com 0,1 polegada. Além disso, o tamanho do pacote muda devido à diferença entre o nº. de pins em embalagens diferentes. A disposição desses pinos pode ser feita de forma que possam ser regulados no meio de uma placa de ensaio, de modo que não ocorra curto-circuito.

Os diferentes pacotes de IC para montagem em orifício são PDIP, DIP, ZIP, PENTAWATT, T7-TO220, TO2205, TO220, TO99, TO92, TO18, TO03.

Embalagem de montagem em superfície

Este tipo de embalagem segue principalmente a tecnologia de montagem, de outra forma, localizando os componentes diretamente no PCB. Mesmo que seus métodos de fabricação ajudem a fazer as coisas rapidamente, também aumentam as chances de falhas devido aos componentes minúsculos e eles estão dispostos muito próximos uns dos outros. Este tipo de embalagem utiliza moldagem de plástico ou cerâmica. Os diferentes tipos de embalagens de montagem em superfície que empregam moldes de plástico são embalagens pequenas com chumbo em L e BGA (Ball Grid Array).

Os diferentes pacotes de IC de montagem em superfície são SOT23, SOT223, TO252, TO263, DDPAK, SOP, TSOP, TQFP, QFN e BGA.

Vantagens

As vantagens dos tipos de circuitos integrados são discutidas abaixo.

O consumo de energia é baixo

Os circuitos integrados usam menos energia para funcionar corretamente devido ao seu menor tamanho e construção.

O tamanho é compacto

Um pequeno circuito usando ICs pode ser obtido para uma determinada funcionalidade em comparação com o circuito discreto.

Menos custo

Em comparação com circuitos discretos, os circuitos integrados estão disponíveis a um custo menor devido às suas tecnologias de fabricação, bem como ao uso de baixo material.

Menos peso

Os circuitos que usam circuitos integrados são menos pesados em comparação com circuitos discretos

Velocidade operacional melhorada

Os circuitos integrados funcionam em altas velocidades devido às suas velocidades de comutação, bem como ao baixo consumo de energia.

Alta fiabilidade

Uma vez que o circuito usa conexões baixas, os circuitos integrados oferecem alta confiabilidade em comparação com os circuitos digitais.

O tamanho do IC é pequeno, mas milhares de componentes podem ser fabricados neste chip.
Usando um único chip, diferentes circuitos eletrônicos complexos são projetados
Por causa da produção em massa, eles estão disponíveis com menor custo
A velocidade de operação é alta devido à falta de efeito de capacitância parasita.
Do circuito mãe, ele pode ser alterado facilmente

Desvantagens

As desvantagens dos diferentes tipos de circuitos integrados incluem o seguinte.

O calor não pode ser dissipado a uma taxa necessária devido ao seu pequeno tamanho e o excesso de corrente pode causar danos ao IC
Em circuitos integrados, os transformadores, assim como indutores, não podem ser incorporados
Ele lida com uma faixa limitada de potência
A montagem de PNP de alto grau não é possível.
Um coeficiente de baixa temperatura não pode ser alcançado
A faixa de dissipação de energia é de até 10 watts
Operação de alta tensão e baixo ruído não pode ser obtida

Portanto, trata-se de uma visão geral dos diferentes tipos de circuitos integrados. Os circuitos integrados convencionais são reduzidos no uso prático, por causa da invenção da nanoeletrônica e a miniaturização dos ICs sendo continuada por este Tecnologia de nanoeletrônica . No entanto, os ICs convencionais ainda não foram substituídos por nanoeletrônicos, mas o uso dos ICs convencionais está diminuindo parcialmente. Para melhorar este artigo tecnicamente, poste suas dúvidas, idéias e sugestões como seus comentários na seção abaixo.

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