CIRCUITOS INTEGRADOS
TEMARIO
- Objetivo
- Introducción
- Definición
- Tipos
- Clasificación
- Limitaciones de los circuitos integrados
- Ejemplos de Circuitos integrados con función y data sheff
- Resumen
- Cuestionario
- Biografía
- Link de diario
OBJETIVO
Este
informe se basa en el tema de circuitos integrados, hablaremos de
su definición, características así como su clasificación, tipos y
limitaciones que tienen estos dispositivos y que esto nos ayude a
comprender su funcionamiento para poder aplicar estos conocimientos tanto
en la industria como en la vida diaria.
INTRODUCCIÓN
El
circuito integrado es una pastilla diminuta de material semiconductor sobre la cual
se fabrican circuitos electrónicos, protegida por medio de un encapsulado de
plástico o cerámica que posee conductores metálicos para hacer conexión entre
la pastilla y un circuito impreso.
DEFINICIÓN
TIPOS
Existen al menos tres tipos de circuitos integrados:
- Circuitos monolíticos: Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.
- Circuitos híbridos de capa fina: Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero, además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica. Muchos conversores A/D y conversores D/A se fabricaron en tecnología híbrida hasta que los progresos en la tecnología permitieron fabricar resistores precisos.
- Circuitos híbridos de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula, transistores, diodos, etc, sobre un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas conductoras. Los resistores se depositan por serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser. Todo ello se encapsula, en cápsulas plásticas o metálicas, dependiendo de la disipación de energía calórica requerida. En muchos casos, la cápsula no está "moldeada", sino que simplemente se cubre el circuito con una resina epoxica para protegerlo. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para aplicaciones en módulos de radio frecuencia (RF), fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.
CLASIFICACIÓN
Clasificación de los Circuitos Integrados de acuerdo a su estructura
Puede ser de acuerdo a la cantidad de compuertas utilizadas para implementar la función propia del chip (llamado Escalas de Integración) como sabemos, las compuertas son los bloques constructivos básicos de todos los circuitos digitales.
Puede ser de acuerdo a la cantidad de compuertas utilizadas para implementar la función propia del chip (llamado Escalas de Integración) como sabemos, las compuertas son los bloques constructivos básicos de todos los circuitos digitales.
Las escalas de Integración son 4: SSI, MSI, LSI, VLSI; a continuación
veremos cada una de ellas.
- SSI.- Significa Small Scale Integration (integración en pequeña escala)y comprende los chips que contienen menos de 13 compuertas. Ejemplos: compuertas y flip flops. Los Circuitos Integrados SSI se fabrican empleando tecnologías ttl, cmos y ecl. Los primeros Circuitos Integrados eran SSI.
- MSI.- Significan Medium Scale Integration (integración en mediana escala), y comprende los chips que contienen de 13 a 100 compuertas. Ejemplos: codificadores, registros, contadores, multiplexores, de codificadores y de multiplexores. Los Circuitos Integrados MSI se fabrican empleando tecnologías ttl, cmos, y ecl.
- LSI.- significa Large Scale Integration (integración en alta escala) y comprende los chips que contienen de 100 a 1000 compuertas. Ejemplos: memorias, unidades aritméticas y lógicas (alu's), microprocesadores de 8 y 16 bits. Los Circuitos Integrados LSI se fabrican principalmente empleando tecnologías i2l, nmos y pmos.
- VLSI.- Significa Very Large Scale Integration (integración en muy alta escala) y comprende los chips que contienen más de 1000 compuertas. Ejemplos: micro-procesadores de 32 bits, micro-controladores, sistemas de adquisición de datos. Los Circuitos Integrados VSLI se fabrican también empleando tecnologías ttl, cmos y pmos.
Circuitos integrados analógicos.
Los Circuitos Integrados analógicos se fabrican usado gran variedad de
tecnologías de semiconductores, como bipolar, efecto de campo, óxidos metálicos
y combinaciones de estas tres. En la mayoría de los casos el usuario no está
interesado en este aspecto de los Circuitos Integrados, ya que únicamente puede
basar su trabajo en las especificaciones del fabricante. La tecnología empleada
en la fabricación de los Circuitos Integrados digitales es importante para el
usuario, debido a que estos se emplean en “familias lógicas”, con
características eléctricas comunes que garantizan su compatibilidad. Los
Circuitos Integrados analógicos se seleccionan normalmente siguiendo criterios
individuales, y solo es importante su compatibilidad con los requisitos de
alimentación. Incluso en este aspecto, la mayoría de los Circuitos Integrados
analógicos están disponibles con amplios márgenes de alimentación, por lo que
su empleo no suele estar condicionado por su compatibilidad.
Circuitos integrados digitales.
Los circuitos Digitales trabajan con señales que solo pueden tomar uno de
dos valores posibles. Inicialmente, en circuitos digitales discretos con
transistores, este tomaba o bien el estado de corte, en el que la tensión de
salida de colector era próxima a la de alimentación, o el de saturación, en el
que dicha tensión de colector pasaba a tener un nivel próximo al del emisor,
usualmente tierra. En sistemas de lógica positiva, el nivel próximo a tierra se
considera el nivel lógico (0), y el nivel próximo a la tensión de alimentación
se considera como nivel lógico (1). Consideraciones inversas se hacen por
sistemas de lógica negativa. En las próximas explicaciones y ejemplos se
utiliza la lógica positiva, y el termino nivel lógico (1) hará referencia al
nivel de tensión alto, mientras que el termino nivel (0) lo hará el nivel de
tensión bajo.
Las funciones digitales esenciales de todos los CI digitales son iguales
independientemente de la familia de que se trate. Una puerta OR, un flip-flop o
un registro de desplazamiento funcionan exactamente de la misma forma tanto si
el CI pertenece a la familia ECL o se ha empleado tecnología CMOS en su
fabricación.
LIMITACIONES DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS
Existen ciertos límites físicos y económicos al desarrollo de los circuitos
integrados. Básicamente, son barreras que se van alejando al mejorar la
tecnología, pero no desaparecen. Las principales son:
Disipación de potencia
Los circuitos eléctricos disipan potencia. Cuando el número de componentes
integrados en un volumen dado crece, las exigencias en cuanto a disipación de
esta potencia, también crecen, calentando el sustrato y degradando el
comportamiento del dispositivo. Además, en muchos casos es un sistema de
realimentación positiva, de modo que cuanto mayor sea la temperatura, más corriente
conduce, fenómeno que se suele llamar "embalamiento térmico" y, que
si no se evita, llega a destruir el dispositivo. Los amplificadores de audio y
los reguladores de tensión son proclives a este fenómeno, por lo que suelen
incorporar protecciones térmicas.
Los circuitos de potencia, evidentemente, son los que más energía deben
disipar. Para ello su cápsula contiene partes metálicas, en contacto con la
parte inferior del chip, que sirven de conducto térmico para transferir el
calor del chip al disipador o al ambiente. La reducción de resistividad térmica
de este conducto, así como de las nuevas cápsulas de compuestos de silicona,
permiten mayores disipaciones con cápsulas más pequeñas.
Los circuitos digitales resuelven el problema reduciendo la tensión de
alimentación y utilizando tecnologías de bajo consumo, como CMOS. Aun así en
los circuitos con más densidad de integración y elevadas velocidades, la
disipación es uno de los mayores problemas, llegándose a utilizar
experimentalmente ciertos tipos de criostatos. Precisamente la alta
resistividad térmica del arseniuro de galio es su talón de Aquiles para
realizar circuitos digitales con él.
Capacidades y autoinducciones parásitas
Este efecto se refiere principalmente a las conexiones eléctricas entre el chip,
la cápsula y el circuito donde va montada, limitando su frecuencia de
funcionamiento. Con pastillas más pequeñas se reduce la capacidad y la
autoinducción de ellas. En los circuitos digitales excitadores de buses,
generadores de reloj, etc., es importante mantener la impedancia de las líneas
y, todavía más, en los circuitos de radio y de microondas.
Límites en los componentes
Los componentes disponibles para integrar tienen ciertas limitaciones, que
difieren de sus contrapartidas discretas.
Resistores. Son indeseables por necesitar una gran cantidad de superficie.
Por ello sólo se usan valores reducidos y en tecnologías MOS se eliminan casi
totalmente.
Condensadores. Sólo son posibles valores muy reducidos y a costa de mucha
superficie. Como ejemplo, en el amplificador operacional μA741, el condensador
de estabilización viene a ocupar un cuarto del chip.
Inductores. Se usan comúnmente en circuitos de radiofrecuencia, siendo
híbridos muchas veces. En general no se integran.
Densidad de integración
Durante el proceso de fabricación de los circuitos integrados se van
acumulando los defectos, de modo que cierto número de componentes del circuito
final no funcionan correctamente. Cuando el chip integra un número mayor de
componentes, estos componentes defectuosos disminuyen la proporción de chips
funcionales. Es por ello que en circuitos de memorias, por ejemplo, donde
existen millones de transistores, se fabrican más de los necesarios, de manera
que se puede variar la interconexión final para obtener la organización
especificada.
EJEMPLOS DE CIRCUITOS INTEGRADOS Y DATA SHEET
El temporizador 555 es un circuito integrado que se utiliza en una variedad de aplicaciones y se aplica en la generación de pulsos y de oscilaciones. El 555 puede ser utilizado para proporcionar retardos de tiempo, como un oscilador, y como un circuito integrado flip-flop. Sus derivados proporcionan hasta cuatro circuitos de sincronización en un solo paquete. Data Sheet
El Comparador LM741 es un circuito integrado que se emplea para comparar el nivel de dos señales. Podemos, por ejemplo, activar un ventilador si se supera una determinada temperatura. Data Sheet
La LM78xx es la denominación de una popular familia de reguladores de tensión positiva. Se utiliza cuando es necesario obtener una tensión continua a partir de la tensión alterna de la red eléctrica. Tienen tres terminales (voltaje de entrada, masa y voltaje de salida). La intensidad máxima depende del código intercalado tras los dos primeros dígitos. Data Sheet
RESUMEN
Es una pastilla pequeña de material semiconductor, sobre la que se fabrican
circuitos electrónicos protegida dentro de un encapsulado de plástico o
cerámica que posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre
la pastilla y un circuito impreso.
Tipos
Circuitos monolíticos: fabricados en un solo monocristal.
Circuitos híbridos de capa fina: contienen componentes difíciles de
fabricar con tecnología monolítica.
Circuitos híbridos de capa gruesas: suelen contener circuitos monolíticos
sin cápsula, transistores, diodos, etc., sobre un sustrato dieléctrico,
interconectados con pistas conductoras.
Clasificación de los circuitos Integrados de acuerdo
a su estructura.
SSI.- Small Scale Integration (integración en pequeña escala) chips con 13
compuertas.
MSI.- Medium Scale Integration (integración en mediana escala), chips con
13 a 100 compuertas.
LSI.- Large Scale Integration (integración en alta escala) chips con 100 a
1000 compuertas.
VLSI.- Very Large Scale Integration (integración en muy alta escala)
chips con más de 1000 compuertas.
Clasificación de los circuitos Integrados de acuerdo
a su función.
Circuitos integrados analógicos: se emplean para amplificar, filtrar y modificar señales
eléctricas, tambien en familias lógicas, con características eléctricas comunes que
garantizan su compatibilidad.
Circuitos integrados digitales: las funciones digitales esenciales de todos
los CI digitales son iguales independientemente de la familia de que se trate y
pueden ser puertas lógicas (AND, OR, NOT).
Limitaciones de los circuitos integrados.
Los límites pueden ser físicos y económicos.
Disipación de potencia: Con mayor disipación de potencia, calienta el
sustrato y degrada el comportamiento del dispositivo.
Capacidades y autoinducciones parásitas: limitan su frecuencia de
funcionamiento.
Limites en los componentes: los resistores necesitan una gran cantidad de
superficie, los condensadores sólo son posibles valores muy reducidos y a costa
de mucha superficie, los inductores en general no se integran.
Ejemplos de circuitos integrados
El temporizador 555 se aplica en la generación de pulsos y de oscilaciones,
utilizado para proporcionar retardos de tiempo, como un oscilador, y como un
circuito integrado flip-flop.
El Comparador LM741 se emplea para comparar el nivel de dos señales.
La LM78xx regulador de tensión positiva utilizado cuando es necesario
obtener una tensión continua a partir de la tensión alterna de la red
eléctrica.
CUESTIONARIO
1.- ¿Qué es un circuito integrado? Es una pastilla diminuta de
material semiconductor sobre la cual se fabrican circuitos electrónicos, protegida
por un encapsulado que posee conductores metálicos para hacer conexión entre la
pastilla y un circuito impreso.
2.- ¿Cuáles son los tipos de circuitos integrados? Monolíticos,
híbridos de capa gruesa e híbridos de capa fina.
3.- ¿Cómo se clasifican los CI? De acuerdo a su
estructura y de acuerdo a su función.
4.- ¿Cómo se clasifican las escalas de
Integración? En SSI, MSI, LSI y VLSI.
5.- ¿Un MSI (integración en mediana escala), cuantas
compuertas contiene? de 13 a 100 compuertas.
6.-Por su función ¿Cómo se dividen los CI? Analógicos
y digitales.
7.- ¿Menciona algunas limitaciones de los CI? Disipación de
potencia, capacidades y autoinducciones parásitas, límites en los
componentes y densidad de integración.
8.- ¿Cómo puede ser utilizado un CI 555? Para proporcionar retardos
de tiempo y como un oscilador.
9.- ¿Qué es un LM741? Un comparador
10.- ¿Para qué nos sirve un LM78? Para obtener una tensión continua a partir de la tensión
alterna de la red eléctrica.
BIBLIOGRAFIA
http://html.rincondelvago.com/circuitos-integrados_2.html
http://tecnologiaivann.blogspot.mx/2010/02/ejemplos-de-circuitos-integrados.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado
LINK DE DIARIO
No hay comentarios:
Publicar un comentario