Integralno kolo
 | |
| Tip komponente | kolo |
|---|---|
| Princip rada | elektronsko kolo |
| Izumitelj | Geoffrey W.A. Drummer (1952) |
| Prva proizvodnja | 1959. |
| Pinovi | dvoredni raspored |
| Elektronski simbol | |
 Šematski prikaz generičkog integralnog kola | |
Integralno kolo (integrirani krug ili sklop), takođe poznato kao čip ili mikročip, je elektronska komponenta koja sadrži mnoštvo minijaturnih delova (otpornika, dioda, tranzistora, kondenzatora).[1] Pošto sadrži mnogo komponenti, jedno malo integrisano kolo može da obavi isti posao kao mnoštvo pojedinačnih delova.[1]
Integrirana kola su minijaturne štampane ploče napravljene na jednom komadu poluprovodnika.[2] Tisuće je komponenata integrirano u jednom takvom kolu. Na primjer, kolo vrlo visokoga stupnja integracije sadrži više od milijardu tranzistora i drugih dijelova. Integrisana kola su osnovni gradivni blokovi većih električnih kola. Najčešće su u kućištima s po dva reda izvoda ili pinova (dual in-line package). Povezuju se međusobno, pa mogu oformiti bilo koji elektronski uređaj.[2]
Integrirano kolo obavlja zadaće koje su nekoć obavljali sklopovi pojedinačnih dijelova, ali je u usporedbi s njima manjih mjera, jeftiniji u proizvodnji, brži i pouzdaniji u radu, i troši manje energije. Zbog velikog stepena integracije komponenti na malom prostoru često imaju problema sa odavanjem toplote, pa ih je potrebno dodatno hladiti. Hlađenje može biti pasivno, dodavanjem masivnih hladnjaka koji odaju toplotu, ili aktivno ugradnjom ventilatora.
Korišćenje integrisanog kola u elektronskom projektu omogućava da nekoliko komponenti zamenite jednom.
Ideju o integriranim krugovima prvi je razvio engleski inženjer Geoffrey W.A. Drummer dok je radio za Royal Radar Establishment koji je dio Britanskog ministarstva obrane. On je tu ideju predstavio u Americi 7. svibnja 1952. Drummer je pokušao napraviti integrirani krug 1956. ali bez značajnog uspjeha.
1959. godine prva integrirana kola nezavisno jedan od drugoga razvili su Jack Kilby dok je radio za poduzeće Texas Instruments i Robert Noyce iz poduzeća Farichild Semiconductors. U 1960-ima razvijeni su prvi integrirani krugovi za upravljanje raketama i umjetnim satelitima. Primjena se proširila na džepne kalkulatore i elektroničke satove, elektronička računala, mobitele i drugo.
Razlikujemo sledeće generacije integriranih kola:
- SSI - prva generacija od 1960. do 1963.
- MSI - druga generacija od kasne 1960. do sredine 1970.
- LSI - treća generacija od sredine 1970. do kraja 1970.
- VLSI - četvrta generacija od početka 1980. do sada
Prema vrsti električnih signala koji se koriste, integrisana kola dele se na:
- analogna kola (npr. pojačalo): Namenjena su za korišćenje u svim električnim kolima s različitim naponima i strujama
- digitalna kola (npr. mikroprocesor): Koriste se samo u kolima sa dva napona, koji predstavljaju binarna digitalna stanja. Uobičajeni naponi koji predstavljaju binarna stanja jesu 0 i 5 volti.[3]
- kola mešanih signala (obrađuju i analogni i digitalni signal na istom čipu) (npr: A/D i D/A konvertori)
Prema vrsti primijenjenih tranzistora, razlikuju se:
- bipolarna integrirana kola
- unipolarna integrirana kola
Iako se s bipolarnima postižu veće brzine rada, nedostatak im je veća potrošnja električne energije i veće dimenzije dijelova. Unipolarni sklopovi nazivaju se i MOS integriranim sklopovima (eng. Metal Oxide Semiconductor) prema MOSFET-u najviše korištenoj vrsti unipolarnoga tranzistora. MOSFET je svojstven da radi s malim električnim strujama i vrlo je malih dimenzije, što omogućuje integraciju iznimno velikoga broja takvih dijelova u poluvodičkoj pločici. Upravo je razvoj MOS-tehnologije omogućio sklopove složenih funkcija.
Audio pojačivač je primer integrisanog kola. Pojačala se koriste za povećanje snage ulaznih zvučnih signala, poput mikrofona. Još jedan tip integrisanih kola koji se koristi u elektronskim projektima jeste mikrokontroler, koji se može programirati da upravlja radom različitih uređaja i aparata, kao što su roboti.[1]
Postoji čitav spektar različitih integrisanih kola koja obavljaju razne funkcije, među kojima su:
Proizvodnja integriranih krugova započinje pripremom poluvodičke (silicijske) ploče (eng. wafer) kao temeljnim materijalom. Početni je promjer ploče 2,5 do 30 centimetara. Nacrt sklopa projektira se računalom i pretvara u mikroskopske nacrte (maske), s pomoću kojih se selektivnim unošenjem primjesa (difuzijom i implantacijom) te izolacijskih i vodljivih slojeva određuju vrste, dimenzije, raspored i povezanost elemenata u sklopovima. Oni se na jednoj poluvodičkoj ploči izrađuju u stotinama primjeraka. Dovršena se ploča reže na male pločice (engl. chips), to jest na pojedinačne integrirane krugove, kojima se dodaju priključci i ugrađuje ih se u kućišta s izvodima prikladnima za ugradnju u elektroničke uređaje.[4]
Zbog svoje prirode, integrisana kola imaju više priključaka za povezivanje sa ostalim komponentama. Ti priključci se nazivaju pinovi (izvodi ili nožice). Jedan izvod je za napajanje, drugi za uzemljenje, treći za ulazni signal, četvrti za izlazni i tako redom. Funkcija svakog izvoda zavisi od rasporeda. Da biste čip upotrebili u svom projektu, raspored pinova morate proučiti u uputstvu za dati čip. Svaki čip ima jedinstvenu brojčanu oznaku koja ga identifikuje.[3]
Po konvenciji, izvodi integralnog kola broje se u smeru suprotnom kretanja kazaljki. Počinje se od pina gore levo kao jedinice i ide u smeru suprotnom smeru kretanja kazaljki. Gornji levi pin je najbliži referentnoj oznaci (engl. clocking mark), koja je obično usek, rupica, bela traka ili traka u boji. Izvodi se obeležavaju od vrha integrisanog kola nadole, počev od broja 1. Tako su, primera radi, izvodi 14-pinskog integrisanog kola obeleženi od 1 do 7 duž leve strane odozgo nadole i od 8 do 14 duž desne strane, odozdo nagore.[3]
Na nekim šemama, integrisano kolo se prikazuje s brojevima pored svakog izvoda. Ako na šemi ne postoje brojevi izvoda, morate pronaći kopiju dijagrama rasporeda izvoda. Za standardna integrisana kola, te dijagrame ćete pronađi u referentnim knjigama i na internetu.
Integrisano kolo se uvodi u elektronsko kolo povezivanjem ulaza, izlaza, uzemljenja, napajanja i nekih otpornika i kondenzatora sa odgovarajućim izvodima integrisanog kola. Koji se izvod koristi za povezivanje s različitim delovima kola, zavisi od konstrukcije integrisanog kola. Izvode možete identifikovati na osnovu podataka koje obezbeđuje proizvođač ili šeme projekta. Na primer, integralno kolo 555 (na slici) se povezuje na sledeći način:[5]
- +V se povezuje sa izvodom 8, što je napajanje, i izvodom 4, za resetovanje.
- Uzemljenje se povezuje sa izvodom 1.
- Izlaz integrisanog kola je na izvodu 3.
- Izvodi 2 i 6 su okidač i prag osetljivosti, i služe za povezivanje kola između kondenzatora i otpornika Rl.
- Izvod 7, koji služi za pražnjenje, povezuje se s kolom između otpornika Rl i R2.
Kada integrisano kolo 555 povezete na ovaj način, ono na izlazu generiše digitalni valni signal. Učestanost valova zavisi od brzine punjenja i pražnjenja kondenzatora.
- ↑ 1,0 1,1 1,2 Gordon McComb i Earl Boysen, Elektronika za neupućene (str. 13), Beograd, 2007.
- ↑ 2,0 2,1 Gordon McComb i Earl Boysen, Elektronika za neupućene (str. 79), Beograd, 2007.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 Gordon McComb i Earl Boysen, Elektronika za neupućene (str. 80), Beograd, 2007.
- ↑ integrirani sklop, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, preuzeto 11. travnja 2020.
- ↑ Gordon McComb i Earl Boysen, Elektronika za neupućene (str. 140), Beograd, 2007.
