آشنایی با قطعات الکترونیکی (IC)

IC چیست؟

(IC (Integrated Circuits:

آیا می‌دانید IC ( آی سی) چیست؟ و چه انگیزه‌ای باعث اختراع IC شد؟

تَراشه یا مدار مجتمع (که برابر فارسی‌ "chip" یا IC یا Integrated circuit به زبان انگلیسی است) به مجموعه‌ای از مدارات الکترونیکی اطلاق می‌گردد که با استفاده از مواد نیمه‌رسانا (عموماً سیلیکون همراه با میزان کنترل شده‌ای ناخالصی) در ابعادی‌ کوچک (معمولاً کمتر از یک سانتی متر مربع) ساخته می‌شود. این مدارات معمولاً شامل دو یا سه نوع دستگاه الکترونیکی‌ می‌‌باشند: مقاومت، خازن و ترانزیستور (مهم‌ترین آنها ترانزیستور می‌‌باشد). هر تراشه معمولاً حاوی تعداد بسیار زیادی ترانزیستور می‌‌باشد که با استفاده از فناوری پیچیده‌ای در داخل یک لایه از سیلیکن همگون و با ضخامتی یکنواخت و بدون ترک تزریق شده اند. امروزه تراشه‌ها در اکثر دستگاههای الکترونیکی و بویژه رایانه‌ها در ابعادی گسترده بکار می‌‌روند. وجود تراشه‌ها مرهون کشفیات بشر درباره نیمه رساناها و پیشرفتهای سریع پیرامون آنها در میانه‌های سده بیستم می‌‌باشد.

مدارات مجتمعی که شامل ترانزیستورهای BJT(دو قطبی) باشند را با نام TTL و مدارات مجتمعی که شامل ترانزیستورهای Nmos و Pmos هستند را Cmos مینامند. ترکیب این دو تکنولوژی را با نام BiCmos میشناسند. در مقابل مدارات مجتمع مدارات Discreet یا گسسته وجود دارند که شامل قطعاتی مجزا هستند که به هم روی یک برد متصل شده اند.

در ساخت IC‌ها طراحان سعی می‌کنند تا حد امکان از ترانزیستور استفاده کنند. مثلاً بجای خازن از از ترانزیستور در بایاس معکوس استفاده می‌‌کنند. و یا در جایی دیگر که مقاومت بزرگی نیاز دارند مثلاً در حد مگا اهم باز از ترانزیستور استفاده می‌‌کنند.چون در حجمی که مقاومت می‌‌گیرد می‌‌توان چند ترانزیستور جای داد.

بعضی از IC ها به گونه ای از لایه های سیلیکون بهره میبرند که میتوانند حتی به عنوان حافظه مورد استفاده قرار گیرند نمونه ای از این IC ها EPROM نام دارد همانگونه که از اسم این نوع تراشه معلوم است فقط اطلاعات آن قابل خواندن است و امکان تغییرات در آن وجود ندارد از این نوع ای سی برای مدارات اصلی کامپیوتر نیز استفاده می شود همان قسمت از حافظه که به آن ROM نیز می گویند.

آی سی 555 که به آی سی تایمر هم معروف است بیشتر در مدارات ایجاد پالس با فرکانس های متفاوت استفاده می گردد.

آی سی تایمر 555 یکی از پرکاربردترین آی سی هایی است که برای مصارف زیادی قابل استفاده است ، این آی سی دارای دقت فوق العاده زیاد و خطای کم می باشد و بوسیله ی آن می توان تایمر هایی از مدت زمانهای کم تا چندین ساعت را ایجاد کرد .

آی سی 555:

آی سی 555 یکی از معروف ترین و پرکاربردترین المانهای مجود در بازار است که به آی سی تایمر نیز معروف است. در بیشتر مدارات از این قطعه برای ایجاد پالس با فرکانس های متفاوت استفاده می گردد. مشخصات کامل پایه ها در شکل آمده است. این آیسی را می توانید در دو وضعیت مونواستابل وآ استابل مورد استفاده قرار داد.در حالت مونو استابل تولید و شکل پالس قابل کنترل است.که این کنترل عموما از طریق پایه 2 آیسی555 صورت می گیرد.اما در حالت آستابل در صورت داشتن تغذیه مثبت و منفی در پایه های 1و4و8 واتصال خازن و مقاومت درپایه های 2و6و7 به طور خودکار و بدون تحریک پالسهای ثابت وتعیین شده ای را ایجاد می کند.پایه 3 این آیس همواره پایه خروجی است.

این آیسی کاربردهای فراوانی دارد که از آن جمله می توان به تولید پالس، کنترل پهنای پالس، مدارات تایمر و فرستنده و گیرنده وغیره.... اشاره کرد.

نوع TTL:

نوع TTL آن شامل L،LS،S،AS،ALS و F می باشد.به طور مثال آیسی مربوط به گیت منطقی AND را در نظر بگیرید.

این آیسی را شاید بتوانید در بازار با نام های 74L08،74LS08،74S08،74AS08، 74ALS08 و 74F08بیابید. اگر به یکی از این آیسی ها با دقت کنید.بعد از عبارت 74 شاهد یکی از عبارت های L،LS،S،AS،ALS و F و بعد از آن شماره آیسی را می بینید.

همانطور که می بینید برای گیت AND بعد از این عبارات 08 را مشاهده می کنید که بیانگر گیت AND است.این مطلب راجع به بقیه گیتها و آیسی ها نیز صادق است.

تغذیه گروه TTL:

خانواده L ،LS ،AS ،ALS و F دارای تغذیه مثبت بین 4.5 تا 5.5 ولت است.در واقع این رنج از و لتاژ،ولتاژ قابل تحمل این آیسی است.واین آیسی در این رنج درست کار خواهد کرد.

خانواده S دارای تغذیه مثبت بین 4.75 تا 5.25 است.

میزان ولتاژ خروجی در حالت 1 و 0:

میزان ولتاژ خروجی در حالت صفریا LOW برای تمامی این گروه TTL برابر 0.3 ولت می باشد.

مقدار ولتاژ خروجی در حالت یک یا HIGH برای خانواده گروه L،LS و S برابر 3.4 ولت می باشد.

مقدار ولتاژ خروجی در حالت یک یا HIGH خانواده گروه AS و ALS از تفریق تغذیه مثبت آیسی از عدد 2 بدست می آید.

مقدار ولتاژ‌ خروجی در حالت یک یا HIGH برای خانواده گروه F نیز برابر 3.5 است.

جریان خروجی خانواده گروه TTL:

مقدار جریان خروجی خانواده TTL به شرح زیر می باشد.

مقدار جریان خروجی برای خانواده گروه L برابر5mA منظور از mA میلی آمپر است

مقدار جریان خروجی برای خانواده گروه LS برابر 8mA

مقدار جریان خروجی برای خانواده گروه S برابر 40mA

مقدار جریان خروجی برای خانواده گروه AS برابر 20mA

مقدار جریان خروجی برای خانواده گروه ALS برابر 8mA

مقدار جریان خروجی برای خانواده گروه F نیز برابر 20mA

نوع CMOS:

این آیسی نیز دارای خانواده C،AC،HC و HCT می باشد.

به طور مثال اگر یک آیسی AND خریداری کنید.،و نوع آن CMOS باشد.ممکن است.،بعد از عدد 74 هر یک از عبارت های بالا را ببینید.به طور مثال آیسی AND را می توانید به صورت زیر مشاهده کنید.

74HC08 ،74HCT08 ، 74C08 و 74AC08 را بر روی آیسی ببینید.

میزان ولتاژ خروجی در حالت 1 و 0:

در تمامی این خانواده ولتاژ خروجی در حالت LOW یا صفر برابر 0.1 ولتاژ مثبت است.

ولتاژ خروجی در حالت یک یا HIGH در خانواده گروه C از حاصلضرب 0.9 در مقدار مثبت منبع تغذیه بدست می آید.

ولتاژ خروجی در حالت یک یا HIGH در بقیه خانواده این گروه از تفریق مثبت تغذیه از مقدار عددی 0.1 بدست می آید.

جریان خروجی خانواده گروه CMOS:

مقدار جریان خروجی آیسی های نوع CMOS

مقدار جریان خروجی برای خانواده گروه C برابر 3.3mA (منظور از mA میلی آمپر است)

مقدار جریان خروجی برای خانواده گروه AC برابر 50mA

مقدار جریان خروجی برای خانواده گروه HC,HCT برابر 25mA

تغذیه آیسی های گروه CMOS:

خانواده گروه C در رنج ولتاژ‌ بین 3تغذیه 3 تا 15 ولت کار می کنند.

خانواده گروه AC ،HC و HCT بین تغذیه 2 تا 6 ولت کار می کنند

IC های راه انداز موتور ( Driver Motor ):

برای راه اندازی بسیاری از قطعات مانند موتورهای الکتریکی پرتوان، پمپ آب و...،معمولاً جریان خروجی المان های الکترونیکی(حتی بافرها) نا کافی بوده و نیاز به تقویت جریان دارد.

قبلاً آموخته بودیم به وسیله ی ترانزیستور می توان این کار را انجام داد. در این جلسه با آی سی L298 آشنا می شویم که قابلیت راه اندازی 2 قطعه(مثلاً 2موتور) را به صورت همزمان دارد.

همان طور که در شکل می بینید، یک قطعه فلز در پشت این IC تعبیه شده تا از با انتقال گرما از IC به محیط، مانع گرم شدن بیش از حد IC شود. این قطعه Heat sink نام دارد. گاهی برای اطمینان بیشتر از یک Heat sink کمکی نیز استفاده می کنیم، به این صورت که Heat sink به وسیله ی پیچ بهHeat sink خود IC بسته می شود.

این IC یک پایه ی ورودیِ ولتاژ دارد که هر ولتاژی به این پایه وصل شود، مستقیماً به موتور یا هر المانی که به IC متصل شده باشد منتقل می شود. این پایه VPS نیز نام دارد (Variable Power Supply).

این آی سی 15 پایه می باشد.

استفاده از این آی سی بسیار ساده می باشد.

اگر از آن برای موتور های DC استفاده می کنید 2 تا از خروجی های را مثلاً 1 و2 را به دو سر موتور وصل کنید, ولتاژ موتور را تا 50 ولت به پایه شماره 4 (VS) و یک 5 ولت به پایه شماره 9 (VSS) وصل کنید. پایه شماره 8 را هم به زمین اتصال دهید. حالا اگر ورودی شماره 1 را یک کنید موتور به یک سمت و اگر ورودی شماره 2 را یک بدهید موتور به سمت دیگر می چرخد. حدوداً با هدسین تا 2 آمپر هم تحمل عبور جریان را دارد.

ای سی notبه شماره -۷۴hc540:

در این جا ای سی ۷۴hc540 را به شماره معرفی می کنم که علاوه براین که ورودی ها در یک طرف و خروجی ها در طرف دیگر قرار دارد دارای ۲ پایه به عنوانenable است که برای فعال کردن خروجی ها با ید این ۲ پایه را به زمین وصل کنید.

زمانی که یکی از ورودی های enable به مثبت وصل شود خروجی ای سی”های امپدانس” (high impedance)می باشد یعنی خروجی نه مثبت است و نه منفی،و تنها شرط فعال بودن خروجی ها وصل کردن دو پایه enable به زمین می باشد.

تغذیه این ای سی ۵ ولت می باشد که پایه ۲۰ آن پایه vcc و پایه ۱۰ آن gnd می باشد.