في نهاية الخمسينيات من القرن العشرين، بدأ إنشاء ما يلي الدوائر المتكاملة تُعدّ هذه المكونات الصغيرة، المعروفة بالرقائق الإلكترونية، أساسيةً لأي مشروع تقريبًا نظرًا لوظائفها المتعددة. ومن الجدير بالذكر أن الرقائق تُستخدم أساسًا لاحتواء عدد كبير من الترانزستورات المتصلة ببعضها البعض لأداء عمليات إلكترونية متنوعة.
يتم وضعها في كبسولة من السيراميك أو البلاستيك، وتحتوي على أدلة معدنية في الجزء الخارجي منها تسمى الصنوبروالتي ترتبط ببعضها من الداخل.
إذا تساءلت يوماً عن استخداماتها، فأنت لست وحدك. لهذا السبب سنكشف لك عن استخدامات هذه القطعة الصغيرة، بالإضافة إلى استخداماتها المختلفة. فوائدعلاوة على ذلك، سنطلعكم على بعض خصائصها و أداءكما نقدم لكم بعض النصائح التي يجب تطبيقها عند التعامل معكم.
ما هي الدائرة المتكاملة وما استخداماتها في الإلكترونيات والحوسبة؟
الدائرة المتكاملة (IC)، والمعروفة باسم الشريحة، هي جهاز صغير يخزن ملايين المكثفات والترانزستوراتتُستخدم هذه الأدوات بشكل عام لتوصيل دائرة بأخرى أو بتطبيق محدد.
يمكن تطبيق ذلك للاستخدام على النحو التالي:
- متحدث.
- مذبذب.
- جهاز توقيت.
- متر.
- ذاكرة الحاسوب.
- حاسوب صغير.
تُصنف هذه الأجهزة الآن على أنها خطي أو رقمي، مع أن ذلك يعتمد على الاستخدام المقصود. علاوة على ذلك، تتكون الدائرة المتكاملة من عدة مكونات صغيرة، لذا من الممكن اليوم أن يتم دمج الترانزستور مع شريحة و أ رقاقة.
أما الشريحة الدقيقة، فهي جهاز يحتوي على آلاف من استقبال والتي يتم تشكيلها على صفيحة سيليكون ذات أبعاد صغيرة جدًا.
تاريخ وتطور الرقائق الإلكترونية: كيف كانت في السابق وكيف هي الآن؟
تم ابتكار هذه الرقائق في عام 1958 على يد المهندس جاك سانت كلير كيلبي، وفي ذلك الوقت كان من الشائع جدًا استخدام العناصر الإلكترونية المعروفة باسم "الأنابيب المفرغة"، والتي كانت المصابيح المستخدمة بكثرة في أجهزة التلفزيون وأجهزة الراديووهكذا، ونتيجة لذلك، تم إنشاء الدائرة الأولى مركب متكامل، والتي لم تشغل سوى مساحة صغيرة.
وفي وقت لاحق، في 12 سبتمبر 1958، تم اختبار هذا الاختراع الذي ابتكره جاك كيلبي بنجاح باهر، حيث تم تصميمه باستخدام جهاز صغير قرص جرمانيوم مربعوهو عنصر كيميائي معدني وبلوري.
كان طول المكون المعني 6 مم على الأقل وكان له مسار عبور واحد فقط. مكثف وثلاثة مقاوماتلقد بشّر هذا الاختراع العظيم بعصر الأجهزة الإلكترونية الدقيقةكان شكلها صغيراً جداً، لذلك بدأ يُطلق عليها اسم رقاقة.
ثم، في عام 2000، حصل هذا المخترع على الجائزة جائزة نوبل في الفيزياء لابتكار هذه الأداة التكنولوجية. صُممت الدوائر المتكاملة بعد عدة أنواع من التجارب، والتي أدت إلى اكتشاف أن أشباه الموصلات يمكنها القيام بوظائف مشابهة للأنابيب المفرغة.
تم تصميم شكله ليصبح أصغر فأصغر، حيث يقوم مصنعوه بمضاعفة عدد الترانزستورات كل 18 شهرًا، تمامًا كما تنبأت بذلك النبوءة. قانون مور.
ما هي الخصائص الرئيسية للدائرة المتكاملة؟
تشمل الخصائص الرئيسية للدوائر المتكاملة ما يلي:
فان أوت
ما هي أرقام كل من شحنة والتي تركز على مخرج البوابات دون إغفال وظيفتها الرئيسية. توفر مخارج هذه البوابات كمية مقيد من التيار، حيث لا يتم التعامل مع تشغيله بشكل صحيح، ولهذا السبب يقال إنه مثقل.
تبديد الطاقة
هذه هي القوة اللازمة للقدرة على التعامل مع البوابة، وهو ما يتم تمثيله بالملي واط ويشير إلى مقدار الطاقة التي يجب أن يمتلكها.
تأخير الانتشار
هذه هي الفترة التي فيها تحويل البث وإشارة للدخول والخروج في اللحظة التي تغير فيها الإشارات الثنائية قيمتها.
هامش الضوضاء
هو جهد الصوت تُضاف هذه الإشارة إلى إشارة دخل الشريحة، ولا تُحدث أي تغيير عند عدم الحاجة إليها. وعادةً ما تُقاس بالفولت، وهناك نوعان من الضوضاء يجب أخذهما في الاعتبار: ضوضاء التيار المستمر وضوضاء التيار المتردد.
أنواع وتصنيفات الرقائق الإلكترونية: ما هي جميع الأنواع الموجودة؟
تشمل أنواع الرقائق الإلكترونية ما يلي:
الدوائر المتكاملة
وهي مصنوعة من بلورة واحدة تتكون من السيليكون.
دوائر الأغشية الرقيقة الهجينة
إنها دائرة مشابهة جداً للدائرة المتجانسة، لأنها تحتوي على أجزاء يصعب صنعها.
التناظرية والرقمية
تُستخدم هذه الرقائق على نطاق واسع، وهي مقسمة إلى رقائق تناظرية تعمل على زيادة شدة الإشارة، ورقائق رقمية تعمل كجهاز عصبي، تمامًا مثل الدماغ التناظري. تُستخدم هذه الأنواع من الرقائق لـ تطوير أنظمة معقدة.
معالج دقيق
ساعد هذا النموذج في جعل تصنيع أجهزة الكمبيوتر الشخصيةتساهم هذه التقنيات في تطوير الهواتف المحمولة اليوم، حيث تساعد في أداء العديد من الوظائف الأساسية.
القيود الرئيسية للدوائر المتكاملة في الحوسبة: ما الذي يمكنها فعله وما الذي لا يمكنها فعله؟
تتميز الدوائر المتكاملة بخصائص معينة قيود وقد حالت العقبات المادية والاقتصادية التي تعترض سبيل تحسين هذه الأجهزة دون تحسينها بدقة.
تبديد الطاقة
تُصدر هذه الأجهزة قوةً عندما يتم تجميع كل مكون من مكوناتها بالحجم الصحيح. ويمكن أن تزداد هذه القوة أيضًا عندما يسخن الجهاز. الركيزةمما يتسبب في تعطل الأجهزة.
علاوة على ذلك، في العديد من الحالات، يحتوي على نظام تغذية راجعة إيجابية، بحيث كلما ارتفعت درجة الحرارة، زاد التيار الناتج، وهو ما يُعرف بـ هارب حراري.
إذا لم يتم تقييد هذا النوع من التغليف، فقد تتلف الأجهزة. وتُعدّ مكبرات الصوت وآليات الشد أكثر عرضةً لذلك، لذا يُنصح بـ... الحماية الحرارية.
تُعتبر دوائر الطاقة دائمًا تلك التي تتطلب تبديد أعلى مستويات الطاقة. ولهذا السبب... كبسولة يحتوي على عناصر معدنية داخل الشريحة، بحيث يمكن أن يكون له قناة حرارية وبالتالي إرسال الحرارة إلى المشتت الحراري أو إلى البيئة على هذا النحو.
يؤدي تقليل المقاومة الحرارية واستخدام كبسولات السيليكون الجديدة إلى زيادة التشتت الحراري في كبسولات صغيرة الحجم.
ولهذا السبب، تُمكّن الدوائر الرقمية من التغلب على الصعوبات عند وجود مصدر طاقة، لأنها تستخدم تقنيات منخفضة الاستهلاك مثل CMOS.
الإزاحة والتحريض الذاتي الطفيلي
يشير هذا بشكل أساسي إلى التوصيلات الكهربائية الموجودة في الرقائق الإلكترونية، وأغلفةها، والدوائر التي تُركّب فيها، مما يحد من أدائها. استخدام أصغر الرقائق الممكنة يقلل من سعتها و... الحث الذاتي.
قيود على المكونات
تتضمن بعض العناصر التي تشكل القيود التي تتسبب في تعطل الرقائق ما يلي:
- المقاومات، وهي غير ضرورية لأنها تتطلب مساحة كبيرة، ولهذا السبب يتم استخدام القيم الصغيرة وتقنيات MOS.
- المكثفات، حيث يمكن استخدام نسب مئوية صغيرة جدًا لأنها تغطي مساحة كبيرة، كما هو الحال، على سبيل المثال، عندما يكون المتحدث استراتيجيًا μA741 ويشغل خزان التوازن الخاص به جزءًا كبيرًا من الشريحة.
- المحاثات تُستخدم عادةً لـ دوائر الترددات الراديويةلأنها هجينة ولا تندمج بشكل عام.
كثافة التكامل
مع تطور الدوائر المتكاملة، تتراكم الصعوبات، بحيث يكون للعديد من عناصرها أعداد مختلفة عند الوصول إلى النسخة النهائية. لا يمكن تنفيذه بشكل صحيح. في اللحظة التي تُكمل فيها الشريحة عدد أكبر من الأجهزةأولئك الذين يواجهون صعوبات يقللون من توازن الشريحة الوظيفية.
لهذا السبب يتم استخدام آلاف الترانزستورات عند استخدام دائرة الذاكرة؛ حيث يتم إنشاء عدد أكبر من اللازم، وبالتالي يمكن أن يكون التوصيل البيني مختلفًا. وهذا يجعل تنظيم المنظمة المحددة أمراً صعباً..
انعدام المرونة
إذا لم تكن الدائرة المتكاملة تحتوي على مرونة قد يتسبب التثبيت غير الصحيح في حدوث مشاكل في أجهزة النظام، مما يجعل من الصعب تحديث البرامج التي تريد استخدامها.
إذا رغبنا في تحديث النظام، فيجب أن يكون متطورًا بالكامل؛ وإلا سيصبح الجهاز قديمًا. لذا، لحل هذه المشكلة... تم إنشاء أخاديد فارغة.
ولهذا السبب يمكن للمستخدمين زيادة وظائف أجهزتهم...وكذلك أدائها، دون الحاجة إلى اقتناء نظام جديد. ولهذا السبب، من الضروري توفير طاقة جيدة لـ قم بتحديث الأجهزة من الضروري أن تكون الوظائف محدودة، لذا من الضروري في النهاية إنشاء نظام جديد تمامًا.
