آی سی چیست؟ انواع IC کدامند؟ آی یا مدارات مجتمع چه کاربردی دارند؟ در این مقاله، تیم الکتروهایپر به صورت مفصل به مبحث IC پرداخته است. با ما همراه باشید:

مدار مجتمع یا آی سی (Integrated circuit) ، همچنین به نام مدار میکروالکترونیک، ریزتراشه، یا تراشه، مجموعه ای از اجزای الکترونیکی، ساخته شده به عنوان یک واحد، که در آن دستگاه های فعال کوچک (مانند ترانزیستورها و دیودها) و دستگاه های غیرفعال (مانند خازن ها و مقاومت ها) ساخته شده است. و اتصالات آنها بر روی یک بستر نازک از مواد نیمه هادی (معمولاً سیلیکون) ساخته شده است. بنابراین مدار حاصل یک “تراشه” یکپارچه کوچک است که ممکن است به اندازه چند سانتی متر مربع یا فقط چند میلی متر مربع باشد. اجزای مدار معمولاً از نظر اندازه میکروسکوپی هستند.

مدارهای مجتمع منشأ خود را در اختراع ترانزیستور در سال 1947 توسط ویلیام بی شاکلی و تیمش در آزمایشگاه‌های بل شرکت آمریکایی تلفن و تلگراف باز می‌کنند. تیم شاکلی (از جمله جان باردین و والتر اچ. براتین) دریافتند که در شرایط مناسب، الکترون ها مانعی در سطح کریستال های خاص تشکیل می دهند و آنها یاد گرفتند که با دستکاری این مانع، جریان الکتریسیته را در کریستال کنترل کنند. کنترل جریان الکترون از طریق یک کریستال به تیم اجازه داد تا دستگاهی بسازند که می تواند عملیات الکتریکی خاصی مانند تقویت سیگنال را که قبلا توسط لوله های خلاء انجام می شد، انجام دهد.

آنها نام این دستگاه را ترانزیستور گذاشتند که از ترکیب دو کلمه انتقال و مقاومت گرفته شده است. مطالعه روش های ایجاد وسایل الکترونیکی با استفاده از مواد جامد به الکترونیک حالت جامد معروف شد. ثابت شد که دستگاه‌های حالت جامد بسیار محکم‌تر، کار کردن با آن‌ها آسان‌تر، قابل اعتمادتر، کوچک‌تر و ارزان‌تر از لوله‌های خلاء هستند. با استفاده از همان اصول و مواد، مهندسان به زودی یاد گرفتند که سایر اجزای الکتریکی مانند مقاومت ها و خازن ها را ایجاد کنند. اکنون که وسایل الکتریکی را می‌توان آنقدر کوچک ساخت، بزرگترین بخش یک مدار سیم‌کشی نامناسب بین دستگاه‌ها بود. در مقاله “ترانزیستور چیست؟” به طور مفصل این مبحث توضیح داده شده است.

در سال 1958 جک کیلبی از تگزاس اینسترومنتز، و رابرت نویس از شرکت نیمه هادی فیرچایلد به طور مستقل راهی برای کاهش بیشتر اندازه مدار اندیشیدند. آنها مسیرهای بسیار نازکی از فلز (معمولاً آلومینیوم یا مس) را مستقیماً روی همان قطعه ای از مواد قرار دادند که دستگاه های خود قرار داشتند. این مسیرهای کوچک مانند سیم عمل می کردند. با این تکنیک می توان یک مدار کامل را روی یک تکه ماده جامد “یکپارچه” کرد و یک مدار مجتمع (IC) ایجاد کرد. آی سی ها می توانند شامل صدها هزار ترانزیستور منفرد روی یک تکه ماده به اندازه یک نخود باشند. کار با بسیاری از لوله های خلاء به طور غیرواقعی ناخوشایند و گران بود. اختراع مدار یکپارچه فناوری های عصر اطلاعات را امکان پذیر کرد. آی سی ها در حال حاضر به طور گسترده در همه جنبه های زندگی استفاده می شوند، از ماشین گرفته تا توستر و حتی وسایل سواری در شهربازی.

انواع آی سی :

• مدارهای آنالوگ در مقابل دیجیتال

مدارهای آنالوگ یا خطی معمولاً فقط از چند جزء استفاده می کنند و بنابراین برخی از ساده ترین انواع IC ها هستند. به طور کلی، مدارهای آنالوگ به دستگاه‌هایی متصل می‌شوند که سیگنال‌ها را از محیط جمع‌آوری می‌کنند یا سیگنال‌ها را به محیط ارسال می‌کنند. به عنوان مثال، یک میکروفون صداهای نوسان صوتی را به یک سیگنال الکتریکی با ولتاژ متغیر تبدیل می کند. سپس یک مدار آنالوگ سیگنال را به روش‌های مفیدی تغییر می‌دهد – مانند تقویت آن یا فیلتر کردن نویز نامطلوب.

چنین سیگنالی ممکن است پس از آن به یک بلندگو بازگردانده شود، که صداهایی را که در ابتدا توسط میکروفون گرفته شده است، بازتولید می کند. یکی دیگر از کاربردهای معمول مدار آنالوگ، کنترل برخی دستگاه ها در پاسخ به تغییرات مداوم در محیط است. به عنوان مثال، یک سنسور دما سیگنال متفاوتی را به ترموستات می فرستد، که می تواند برنامه ریزی شود تا یک تهویه مطبوع، بخاری یا اجاق گاز را هنگامی که سیگنال به مقدار معینی رسید روشن و یا خاموش کند.

از طرف دیگر، یک مدار دیجیتال طوری طراحی شده است که فقط ولتاژهایی با مقادیر مشخص را بپذیرد. مداری که فقط از دو حالت استفاده می کند به عنوان مدار باینری شناخته می شود. طراحی مدار با مقادیر دودویی، “روشن” و “خاموش” که نشان دهنده 1 و 0 است (یعنی درست و نادرست)، از منطق جبر بولی استفاده می کند. (حساب نیز در سیستم اعداد باینری با استفاده از جبر بولی انجام می شود.) این عناصر اساسی در طراحی IC برای رایانه های دیجیتال و دستگاه های مرتبط برای انجام عملکردهای مورد نظر ترکیب شده اند.

تفاوت بین آی سی دیجیتال و آی سی آنالوگ چیست؟

مدارهای دیجیتال فقط می توانند سیگنال های دیجیتال را پردازش کنند. گیت های منطقی دیجیتال، بلوک های اصلی سازنده آی سی های دیجیتال هستند. از طرف دیگر، مدارهای آنالوگ فقط می توانند سیگنال های آنالوگ را پردازش کنند. همچنین این مدارها خروجی خود را به صورت سیگنال آنالوگ تولید می کنند. مقاومت ها، خازن ها و سلف ها اجزای مدارهای آنالوگ هستند. گیت های منطقی اجزای اصلی مدارهای دیجیتال هستند.

در حالی که مدارهای دیجیتال قابلیت پردازش سیگنال ها را به صورت دیجیتال دارند، مدارهای آنالوگ قادر به پردازش سیگنال های آنالوگ هستند. مدارهای دیجیتال معمولاً به مبدل سیگنال نیاز دارند در حالی که مدارهای آنالوگ به مبدل سیگنال نیاز ندارند.

از آنجایی که اجزای مدارهای آنالوگ نیاز به قرار دادن دستی دارند، طراحی مدارهای آنالوگ پیچیده است. با استفاده از چندین نرم افزار، طراحی مدارهای دیجیتال آسانتر می شود. از کاربردهای آی سی آنالوگ می توان به نوسان، مدولاسیون، تقویت و غیره اشاره کرد. آی سی های دیجیتال به طور گسترده ای در توسعه رایانه ها و ماشین های با قابلیت های هوشمند یکپارچه شده اند.

• مدارهای ریزپردازنده

ریزپردازنده ها پیچیده ترین آی سی ها هستند. آنها از میلیاردها ترانزیستور تشکیل شده‌اند که به‌عنوان هزاران مدار دیجیتال مجزا پیکربندی شده‌اند، که هر کدام عملکرد منطقی خاصی را انجام می‌دهند. یک ریزپردازنده به طور کامل از این مدارهای منطقی هماهنگ با یکدیگر ساخته شده است. ریزپردازنده ها معمولاً شامل واحد پردازش مرکزی (CPU) یک کامپیوتر هستند.

دقیقاً مانند یک باند راهپیمایی، مدارها عملکرد منطقی خود را فقط در جهت توسط مدیر گروه انجام می دهند. استاد گروه در یک ریزپردازنده، به اصطلاح، ساعت نامیده می شود. ساعت سیگنالی است که به سرعت بین دو حالت منطقی تغییر می کند. هر بار که ساعت تغییر حالت می دهد، هر مدار منطقی در ریزپردازنده کاری انجام می دهد. بسته به سرعت (فرکانس ساعت) ریزپردازنده، محاسبات را می توان خیلی سریع انجام داد.

ریزپردازنده ها حاوی مدارهایی هستند که به نام ثبات ها شناخته می شوند و اطلاعات را ذخیره می کنند. رجیسترها مکان های حافظه از پیش تعیین شده هستند. هر پردازنده دارای انواع مختلفی از ثبات است. ثبات های دائمی برای ذخیره دستورالعمل های از پیش برنامه ریزی شده مورد نیاز برای عملیات های مختلف (مانند جمع و ضرب) استفاده می شود. رجیسترهای موقت شماره هایی را که قرار است عمل کنند و همچنین نتیجه را ذخیره می کند. نمونه‌های دیگر ثبات‌ها شامل شمارنده برنامه (همچنین نشانگر دستورالعمل نیز نامیده می‌شود)، که حاوی آدرس در حافظه دستورالعمل بعدی است. نشانگر پشته (که به آن ثبات پشته نیز گفته می شود)، که حاوی آدرس آخرین دستورالعملی است که در ناحیه ای از حافظه به نام پشته قرار داده شده است. و رجیستر آدرس حافظه که حاوی آدرس محل قرارگیری داده هایی که قرار است روی آن کار شود یا داده هایی که پردازش شده اند در کجا ذخیره خواهند شد.

ریزپردازنده ها می توانند میلیاردها عملیات را در ثانیه بر روی داده ها انجام دهند. علاوه بر کامپیوترها، ریزپردازنده ها در سیستم های بازی های ویدئویی، تلویزیون ها، دوربین ها و خودروها نیز رایج هستند.

• مدارهای حافظه

ریزپردازنده ها معمولاً باید داده های بیشتری را نسبت به مقداری که در تعداد کمی از ثبات ها نگهداری می شود، ذخیره کنند. این اطلاعات اضافی به مدارهای حافظه ویژه منتقل می شود. حافظه از آرایه های متراکم مدارهای موازی تشکیل شده است که از حالت های ولتاژ خود برای ذخیره اطلاعات استفاده می کنند. حافظه همچنین توالی موقت دستورالعمل ها یا برنامه ها را برای ریزپردازنده ذخیره می کند.

تولیدکنندگان به طور مستمر در تلاش برای کاهش اندازه مدارهای حافظه هستند تا قابلیت را بدون افزایش فضا افزایش دهند. علاوه بر این، اجزای کوچکتر معمولاً انرژی کمتری مصرف می کنند، کارآمدتر عمل می کنند و هزینه ساخت کمتری دارند.

• آی سی های مخصوص برنامه

یک آی سی مخصوص کاربرد (ASIC) می تواند مدار دیجیتال یا آنالوگ باشد. همانطور که از نام آنها پیداست، ASIC ها قابل تنظیم مجدد نیستند. آنها فقط یک عملکرد خاص را انجام می دهند. به عنوان مثال، یک آی سی کنترل کننده سرعت برای یک ماشین کنترل از راه دور برای انجام یک کار به سختی سیم کشی شده است و هرگز نمی تواند به یک ریزپردازنده تبدیل شود. یک ASIC دارای هیچ توانایی برای پیروی از دستورالعمل های جایگزین نیست.

• آی سی های فرکانس رادیویی

آی سی های فرکانس رادیویی (RFIC) به طور گسترده در تلفن های همراه و دستگاه های بی سیم استفاده می شود. RFICها مدارهای آنالوگ هستند که معمولاً در محدوده فرکانس 3 کیلوهرتز تا 2.4 گیگاهرتز (3000 هرتز تا 2.4 میلیارد هرتز) کار می کنند، مدارهایی که در حدود 1 تراهرتز (1 تریلیون هرتز) در حال توسعه هستند. آنها معمولاً به عنوان ASIC در نظر گرفته می شوند حتی اگر برخی از آنها برای چندین برنامه مشابه قابل تنظیم باشند.

• آی سی های مایکروویو یکپارچه

نوع خاصی از RFIC به عنوان IC مایکروویو یکپارچه (MMIC؛ همچنین IC یکپارچه مایکروویو) شناخته می شود. این مدارها معمولاً در محدوده 2 تا 100 گیگاهرتز یا فرکانس‌های مایکروویو کار می‌کنند و در سیستم‌های رادار، در ارتباطات ماهواره‌ای و به عنوان تقویت‌کننده برق برای تلفن‌های همراه استفاده می‌شوند.

همانطور که صدا در آب سریعتر از هوا حرکت می کند، سرعت الکترون در هر نوع ماده نیمه هادی متفاوت است. سیلیکون مقاومت بسیار زیادی برای مدارهای فرکانس مایکروویو ارائه می دهد و بنابراین ترکیب آرسنید گالیم (GaAs) اغلب برای MMIC استفاده می شود. متأسفانه GaAs از نظر مکانیکی بسیار کمتر از سیلیکون صدا دارد. به راحتی می شکند، بنابراین ساخت ویفرهای GaAs معمولاً بسیار گران تر از ویفرهای سیلیکونی است.

• آی سی مدار مختلط

آی سی های سیگنال مختلط مدارهای مجتمعی هستند که دارای مدارهای آنالوگ و دیجیتال روی یک تراشه هستند. سیگنال آنالوگ یک سیگنال پیوسته متغیر با زمان است و سیگنال دیجیتال یک سیگنال ناپیوسته است که فقط تعداد محدودی از مقادیر را می گیرد. آی سی های سیگنال مختلط از هر دوی این نوع سیگنال ها استفاده می کنند.

این دستگاه ها امکان استفاده از پردازش دیجیتال را در دنیای آنالوگ فراهم می کنند، زیرا داده ها را از قلمرو آنالوگ به قلمرو دیجیتال و بالعکس تبدیل می کنند.

رایج‌ترین نمونه‌های مدارهای مجتمع با سیگنال مختلط عبارتند از تراشه‌های رادیویی دیجیتال، مبدل‌های سیگنال، مبدل‌های مدولاسیون دلتا سیگما و تراشه‌های تشخیص و تصحیح خطا. از دیگر برنامه های کاربردی می توان به روترهای LAN بی سیم و WAN بی سیم، رادیو نرم افزاری، تلفن های همراه و منطق کنترل یک پخش کننده DVD اشاره کرد.

جهت مشاهده و خرید انواع آی سی از سایت الکتروهایپر، همین جا کلیک کنید.

نتیجه

از اینکه مقاله ما را خواندید متشکریم و امیدواریم بتواند به شما در درک بهتر اهمیت مدار مجتمع (IC) در دنیای کنونی کمک کند. اگر هنوز مطمئن نیستید که کدام آی سی برای پروژه شما مناسب است، می توانید برای مشاوره با تیم ما تماس بگیرید؛ ما در آی سی ها هم تخصص داریم.

الکتروهایپر به عنوان یک تامین کننده پیشرو محصولات الکترونیک در ایران، سالهاست در توزیع محصولات الکترونیکی و به خصوص آی سی و ترانزیستور مشغول به فعالیت است و محصولات الکترونیک را به مشتریان ارائه می دهد.

قطعات الکترونیکی الکتروهایپر

سوالات متداول

• از آی سی چه می دانید؟

مدار مجتمع (IC) یک وسیله الکترونیکی کوچک مبتنی بر نیمه هادی است که از ترانزیستورها، مقاومت ها و خازن های ساخته شده تشکیل شده است. مدارهای مجتمع بلوک های سازنده اکثر دستگاه ها و تجهیزات الکترونیکی هستند. یک مدار مجتمع به عنوان تراشه یا میکروچیپ نیز شناخته می شود.

• آی سی چه کاری انجام می دهد؟

یک آی سی می تواند به عنوان تقویت کننده، نوسان ساز، تایمر، شمارنده، گیت منطقی، حافظه کامپیوتر، میکروکنترلر یا ریزپردازنده عمل کند. یک آی سی بلوک اساسی ساختمان تمام دستگاه های الکترونیکی مدرن است.

• کدام آی سی بیشتر استفاده می شود؟

تایمر 555 یکی از محبوب ترین آی سی های مورد استفاده در مدارهای زمان بندی است.

• آی سی چگونه ساخته می شود؟

در فرآیند ساخت آی سی، مدارهای الکترونیکی با اجزایی مانند ترانزیستورها بر روی سطح یک ویفر کریستال سیلیکونی تشکیل می شوند. یک لایه لایه نازک که سیم کشی، ترانزیستور و سایر اجزا را تشکیل می دهد روی ویفر (رسوب) قرار می گیرد. لایه نازک با نور مقاوم پوشانده شده است.

• از کدام فلز برای ساخت آی سی استفاده می شود؟

سیلیکون؛ یک عنصر نیمه هادی است که در گروه 14 قرار دارد. برای ساخت مدار مجتمع (IC) استفاده می شود.

• کدام آی سی در رادیو استفاده می شود؟

آی سی آنالوگ؛ به طور گسترده در تقویت کننده های فرکانس رادیویی و فرکانس صوتی استفاده می شود زیرا تقویت کننده یک رابطه خطی را در ورودی و خروجی نشان می دهد.

• تفاوت بین آی سی RFIC و آنالوگ چیست؟

یک ASIC یا ic آنالوگ خالص در حوزه آنالوگ کار می کند. معمولاً از نظر اندازه کوچکتر از یک ASIC دیجیتال معمولی است. یک rf ic با مدارهای مجتمع مانند فرستنده ها، گیرنده ها، PLL ها، مدولاتورها، ضرب کننده های فرکانس، تقویت کننده های rf، تقویت کننده های قدرت rf، میکسرها، سلف ها، ترانسفورماتورها، بالون ها و غیره متمایز می شود.

• کاربرد آی سی سیگنال مختلط چیست؟

آی سی های سیگنال مختلط اغلب برای تبدیل سیگنال های آنالوگ به سیگنال های دیجیتال استفاده می شوند تا دستگاه های دیجیتال بتوانند آنها را پردازش کنند. به عنوان مثال، آی سی های سیگنال مختلط اجزای ضروری برای تیونرهای FM در محصولات دیجیتالی مانند پخش کننده های رسانه ای هستند که دارای تقویت کننده های دیجیتال هستند.

لیست تمامی محصولات IC فروشگاه بزرگ الکتروهایپر را میتوانید در این قسمت مشاهده کنید:

?????