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.
Символ, используемый для обозначения интегральной схемы, представляет собой простой прямоугольник, по периметру которого указываются выводы, помеченные номером и аббревиатурой, описывающей их функцию, например RST для сброса, CLK или СК для тактового сигнала и так далее. Выводы на символах рисуются наиболее удобным способом и не имеют никакого отношения к реальному строению! Некоторые специальные интегральные схемы имеют особые символы для логических вентилей или рабочих усилителей.
Рис. 4.32. Интегральная схема с DIP-корпусом и интегральная схема с корпусом SMD для поверхностного монтажа. В обоих случаях вывод номер один обозначен точкой
Эти интегральные схемы могут быть легко повреждены при неправильном использовании или при излишнем перегреве, например при пайке. При возможности лучше использовать специальное гнездо, в которое вставляется чип. Если интегральная схема должна быть припаяна, воспользуйтесь необходимыми мерами предосторожности для рассеивания тепла и предотвращения перегрева. Многие чипы особенно чувствительны к статическому электричеству, поэтому нуждаются в деликатном обращении, как в случае с МОП-транзистором, для которого требуется использование заземляющего браслета.
Рис. 4.33. Гнездо для DIP интегральных микросхем
В настоящее время в продаже существуют многочисленные интегральные схемы, способные выполнять разнообразные функции и удовлетворять всевозможные потребности. Было бы бессмысленно перечислять все виды чипов, так как их возможности практически безграничны; несмотря на это, существуют микросхемы, которые рассматриваются как одни из ведущих в электронике.
NE555
Схема NE555 является универсальным таймером, который родился в 70-х годах как результат идеи и работы Ганса Камензинда. Он в течение нескольких месяцев работы в одиночку сделал ряд прототипов и позднее спроектировал готовый чип. При подключении чипа 555 к резистору и конденсатору можно получить довольно точную синхронизацию. Он может функционировать в качестве кухонного таймера, который срабатывает сразу по истечении заданного времени, либо в качестве генератора колебаний, производя регулярный и непрерывный сигнал на своем выходном контакте.
uA741
Чип uА741 содержит особый тип усилителя с высоким коэффициентом действия, оснащенным двумя входами. Это устройство называется операционным усилителем, и его происхождение связано с периодом аналоговых компьютеров (компьютеры, которые используют переменные сигналы вместо битов). При подключении некоторых резисторов может увеличивать свою мощность, усиливая любой вид сигнала точным и контролируемым образом. Этот чип также очень гибок в использовании и способен реализовать различные схемы для обработки сигналов, таких как фильтры, микшеры, генераторы колебаний и т. д. Схема 741 появилась на свет в 1968 году и может считаться незаменимой в электронике.
Серия 78хх
Схема 7805 представляет собой небольшую интегральную схему, которая служит для стабилизации напряжения, которое поступает на его вход и обеспечивает стабильное и точное напряжение 5 В на своем выходе. Существует множество других версий этого чипа, для быстрого получения напряжений с точными значениями: 6 В, 9 В, 12 В. Несмотря на то, что он имеет некоторыеограничения по току, которым может обеспечить (максимум один ампер), а также на то, что может легко перегреться, он широко распространен и незаменим при работе с микроконтроллерами и цифровыми схемами, которые требуют точных и стабильных напряжений питания.
