Электроника для начинающих

Может сложиться ситуация, когда вам необходимо управлять устройством, требующим напряжения, которое превышает максимальное напряжение, применимое к затвору. Типичная ситуация, когда мы хотим с помощью «Ардуино» контролировать зажигание лампочки или светодиода напряжением 12 В. «Ардуино» управляет лампочками через МОП-транзистор, который подает сигнал, не превышающий 5 В. Как мы уже видели ранее, в данном случае канал МОП-транзистора не будет полностью «открыт» и будет обладать определенным сопротивлением: лампочки не включатся максимально ярко! Мы могли бы решить эту проблему с помощью двух транзисторов… или заменив компонент специальным типом транзистора: МОП-транзистор логического уровня, способный достигать максимального открытия канала, даже если на затвор поступает небольшой сигнал в 5 В. МОП-транзистор модели FQP30N06L является устройством, выполненным по технологии насыщения N-типа.

Интегральные микросхемы

Интегральная микросхема является миниатюрной схемой, реализованной на небольшой кремниевой площадке (чип), на которой установлены транзисторы и другие компоненты, такие как резисторы и конденсаторы. Чип очень чувствителен к внешним воздействиям, по этой причине он защищен корпусом, снабженным множеством выводов, для электрического соединения с другими компонентами. Каждый вывод соединен с чипом с помощью тонких золотых проволок.

Рис. 4.31. Интегральная микросхема, на которой через прозрачный слой можно увидеть чип и его соединения с выводами

В электронике мы могли бы реализовать любую функцию, используя только транзистор. Даже для создания такой простой схемы, как таймер, потребовалась бы сотня компонентов, которые каждый раз пришлось бы конструировать заново. По этой причине после изобретения биполярного транзистора многие электронщики задумались, как сэкономить время и деньги, создавая сложные схемы по технологии, аналогичной технологии производства биполярных транзисторов.

После того как команда, построившая первый транзистор, распалась, Шокли основал компанию по производству полупроводников. Компания не пользовалась большим успехом, поэтому многие сотрудники вскоре уволились. Среди них был Роберт Нойс, который основал компанию Fairchild Semiconductor. Нойс экспериментировал с полупроводниками, пытаясь использовать кремний вместо германия, а также создавая новые технологии для осаждения компонентов на полупроводниковый материал и инновационные методы с использованием паров металла и р-n переходов. Нойса можно считать изобретателем интегральной микросхемы, хотя в тот период над подобным проектом работали и другие инженеры. Например, в Texas Instruments Тед Килби пытался нанести на кремний также другие пассивные компоненты. Первая настоящая интегральная схема появилась на свет примерно в 1960 году. Это была элементарная ячейка памяти, называемаяфлип-флоп (или триггер), состоящая из транзистора и резисторов. Первые чипы были очень дорогими и выполняли простейшие функции. Они использовались только в случае жестких требований по габаритам и весу В те годы Гордон Мур сформулировал знаменитый закон, который носит его имя и утверждает, что количество транзисторов и производительность процессоров удваивается каждые восемнадцать месяцев. Мур и Нойс в 1965 году основали компанию Intel. Закон Мура является эмпирическим, но вполне верным. Реальное ограничение зависит от физических размеров, которые смогут быть достигнуты в процессе производственных процессов. В соответствии с этим законом цены на чипы с каждым годом уменьшаются. Первый триггер в 60-е годы стоил $1000… сейчас же чип с четырьмя триггерами стоит около десятка центов. Существует способ классификации интегральных схем в зависимости от их сложности и, следовательно, от числа присутствующих в них транзисторов. Вы можете встретить такие аббревиатуры как: малая интегральная схема (МИС), средняя интегральная схема (СИС), большая интегральная схема (БИС), сверхбольшая интегральная схема (СБИС), ультрабольшая интегральная схема (УБИС). На самом деле аббревиатура дает мало информации о схемах и может сориентировать нас только в цене.

В продаже существуют различные типы корпусов для интегральных схем. Для наших экспериментов мы будем использовать интегральные схемы с DIP-корпусом (от Dual In Line Package), которые имеют два параллельных ряда выводов с шагом 2,54 мм и на расстоянии 7,62 мм. Эти интегральные схемы могут с легкостью вставляться на макетные платы в промежуток центральной полосы. Чипы обозначаются кодом, который напечатан на верхней стороне. Каждый вывод имеет определенную функцию, о которой вы можете прочитать в техническом описании компонента. Выводы пронумерованы, начиная с верхнего левого угла и против часовой стрелки. Вывод, обозначенный номером один, помечен точкой, насечкой или белой полосой.