مدار مجتمع (IC)، که گاهی اوقات تراشه، ریزتراشه یا مدار میکروالکترونیک نامیده می شود، ویفر نیمه هادی است که بر روی آن هزاران یا میلیون ها مقاومت، خازن، دیود و ترانزیستور کوچک ساخته می شود. 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. همانطور که از نام آن پیداست، این یک سیستم یکپارچه از چندین مؤلفه کوچک شده و به هم پیوسته است که در یک بستر نازک از مواد نیمه هادی (معمولا کریستال سیلیکون) تعبیه شده است.
یک آی سی واحد می تواند شامل هزاران یا میلیون ها مورد از موارد زیر باشد:
ترانزیستورها
مقاومت ها
خازن ها
دیودها
اجزای اضافی نیز ممکن است روی آن قرار گیرند که همگی از طریق شبکه پیچیده ای از ویفرهای نیمه هادی، سیلیکون، مس و سایر مواد به هم متصل شده اند. از نظر اندازه، هر جزء کوچک و معمولاً میکروسکوپی است. مدار حاصل، یک تراشه یکپارچه، نیز کوچک است — اغلب به اندازه ای است که چند میلی متر مربع یا سانتی متر فضا را اشغال کند.
آی سی ها انواع مختلفی دارند: گیت‌های منطقی، تایمرهای 555، تنظیم‌کننده‌های ولتاژ، کنترل‌کننده‌های موتور، میکروکنترلرها، ریزپردازنده‌ها، FPGAها… این فهرست همچنان ادامه دارد.
در این مقاله به توضیح موارد زیر می پردازیم:
پکیج رایج آی سی ها
شناسایی آی سی ها
آی سی های پرکاربرد
مدارهای مجتمع یکی از مفاهیم اساسی الکترونیک هستند. با این حال، آنها بر اساس برخی از دانش های قبلی ساخته شده اند، بنابراین اگر با این موضوعات آشنا نیستید، ابتدا آموزش های قبل را مطالعه کنید.
دیود
اجزای اضافی نیز ممکن است روی آن قرار داشته باشند که همگی از طریق شبکه پیچیده ای از ویفرهای نیمه هادی، سیلیکون، مس و مواد دیگر به هم متصل شده اند. از نظر اندازه، هر جزء کوچک و معمولاً میکروسکوپی است. مدار حاصل، یک تراشه یکپارچه و کوچک است و اغلب به اندازه ای است که چند میلی متر یا سانتی متر مربع فضا اشغال می کند.
یکی از نمونه‌های متداول آی سی مدرن، پردازنده کامپیوتر است که معمولاً حاوی میلیاردها ترانزیستور، خازن، گیت منطقی و غیره است که به یکدیگر متصل شده‌اند تا یک مدار دیجیتال پیچیده را تشکیل دهند. اگرچه پردازنده یک آی سی است، اما همه آی سی ها پردازنده نیستند.
تاریخچه و تکامل مدارهای مجتمع
اختراع ترانزیستور – ترکیبی از دو کلمه transfer و resistor – در سال 1947 زمینه را برای عصر کامپیوتر مدرن فراهم کرد.
در روزهای اولیه، هر ترانزیستور در یک بسته پلاستیکی جداگانه عرضه می شد و هر مدار متشکل از ترانزیستورها، خازن ها و مقاومت های مجزا بود. با توجه به اندازه بزرگ این قطعات، آی سی های اولیه تنها قادر به نگه داشتن تعداد کمی از آنها – به صورت سیمی – روی برد مدار بودند. با گذشت زمان، توسعه الکترونیک حالت جامد کاهش اندازه قطعات را آسان‌تر کرد.
در اواخر دهه 1950، مخترعان جک کیلبی از تگزاس اینسترومنتز، و رابرت نویس از شرکت Fairchild راه‌هایی برای قرار دادن مسیرهای نازک فلز روی دستگاه‌ها پیدا کردند و آنها را به عنوان سیم عمل کرد. راه حل آنها برای مشکل سیم کشی بین دستگاه های الکتریکی کوچک آغاز توسعه آی سی مدرن بود.
مدارهای مجتمع مدرن:
طراحی و ساخت آی سی ها در نیم قرن گذشته موجب تولید آی سی هایی با سرعت و ظرفیت بیشتر و اندازه های کوچکتر شده است.
در مقایسه با روزهای اولیه، آی‌سی‌های امروزی به‌طور باورنکردنی پیچیده هستند و می‌توانند میلیاردها ترانزیستور و اجزای دیگر را روی یک قطعه کوچک از مواد نگه دارند. آی سی مدرن همه یک تکه است و اجزای جداگانه آن مستقیماً در کریستال سیلیکون تعبیه شده است، نه اینکه به سادگی روی آن نصب شود.
یک IC بر چندین سطح متکی است. ویفر نیمه هادی که IC را می سازد و شکننده است و دارای اتصالات پیچیده متعددی بین لایه های متعدد آن است. ترکیبی از این ویفرها به عنوان قالب شناخته می شود.
با میلیون ها یا میلیاردها مولفه روی یک تراشه، امکان قرار دادن و اتصال هر جزء به صورت جداگانه وجود ندارد. قالب ها برای لحیم کاری و اتصال به آن بسیار کوچک هستند. در عوض، طراحان از یک زبان برنامه نویسی با هدف خاص برای ایجاد عناصر مدار کوچک و ترکیب آنها برای افزایش تدریجی اندازه و چگالی اجزای روی تراشه برای برآوردن نیازهای برنامه استفاده می کنند.
اکنون آی سی ها اساس صدها دستگاه را تشکیل می دهند، از جمله:
کامپیوترها
تلفن های همراه و گوشی های هوشمند
ماشین ها و هواپیماها
تقویت کننده ها
سوئیچ های شبکه
سایر وسایل الکترونیکی: ماشین لباسشویی، توستر، مایکروویو، تلویزیون و غیره.
انواع مدارهای مجتمع
آی سی ها بسته به کاربرد مورد نظرشان می توانند خطی (آنالوگ)، دیجیتال یا ترکیبی از این دو باشند.
آی سی های آنالوگ یا خطی
آی سی های آنالوگ یا خطی بسته به سطح سیگنال ورودی دارای خروجی متغیر پیوسته هستند. در تئوری، چنین IC هایی می توانند به تعداد بی نهایت حالت دست یابند. در این نوع آی سی، سطح سیگنال خروجی تابعی خطی از سطح سیگنال ورودی است. در حالت ایده‌آل، زمانی که خروجی آنی در مقابل ورودی آنی نمودار می‌شود، طرح به صورت یک خط مستقیم ظاهر می‌شود.
آی سی های آنالوگ معمولا فقط از چند جزء استفاده می کنند و بسیار ساده هستند.
آی سی های خطی به عنوان تقویت کننده های فرکانس صوتی (AF) و فرکانس رادیویی (RF) استفاده می شوند. تقویت کننده عملیاتی (op amp) یک دستگاه رایج در این برنامه ها است. یکی دیگر از کاربردهای رایج آی سی آنالوگ، سنسور دما است. آی سی های خطی را می توان طوری برنامه ریزی کرد که دستگاه های مختلف را هنگامی که سیگنال به یک مقدار خاص رسید روشن یا خاموش کنند مانند:
- دستگاه های تهویه مطبوع
- بخاری ها
- کوره ها