تعتبر الدوائر المتكاملة أحد أهم الابتكارات البشرية حيث أنها تستخدم في جميع الأجهزة الإلكترونية الحديثة وظهرت الدوائر المتكاملة في الستينات على يد كلا من العالم Jack Kilby والذي قام بصناعة أول دائرة متكاملة مصنوعة من الجرمانيوم، والعالم الاخر Robert Noyce الذي قام بصناعة دائرة متكاملة أكثر تعقيدا مصنوعة من السيليكون، ويتم اختصار الدوائر المتكاملة Integrated Circuits إلى IC .
هي عبارة عن شريحة من السيليكون ذات مساحة صغيرة جدا من الممكن أن تكون بعض سنتيمترات أو بعض مليمترات مربعة وهذه الشريحة تحتوي على عشرات وفي بعض الأحيان المئات من الترانزستورات والدايودات والمقاومات والمكثفات الصغيرة التي توصل معا لأداء وظيفة محددة.
الدائرة المتكاملة لها عدة أطراف أو أرجل ويمكننا تحديد أول طرف بأنه يكون على يسار الحفرة أو الدائرة الموجودة بالأعلى وباقي الأطراف تكون عكس عقارب الساعة.
يوجد نوعان من أنواع الحاويات أو ال Package للدارات المتكاملة وهما:
النوع الأول هو Through Hole أو DIP وهذا النوع يتم لحامه على البورد من الخلف حيث تكون أطرافه معكوفة .
النوع الثاني هو Surface Mount أو SMD وهذا النوع يتم لحامها على السطح دون الحاجة إلى دخول أرجلها للداخل ثم لحامها كما في النوع السابق .
لتسهيل عملية اللحام يمكننا استخدام Socket المخصص لكل نوع من أنواع الدوائر المتكاملة بنفس عدد الأطراف.
لعمل تجربة على الدائرة المتكاملة يمكننا استخدام Breakout Boards عند وجود عدد كبير من الأطراف لها أو انها صعبة اللحام فيمكننا وضع ال IC على Breakout Boards ولحامها ويمكننا بذلك استخدام أطرافها حيث أن أصبح لدينا مسافات كبيرة بين أطرافها، ومن الممكن أن أعمل على Breakout Boards التجربة وبعد ذلك أزيلها ومن الممكن أن أستخدم Breakout Boards مع ال Socket المخصص لها دون الحاجة إلى لحامها.
ملاحظة
الرقم الذي يكون مكتوب إلى جوار نوع الدارة المتكاملة يعبر عن عدد الأرجل مثل PDIP-28 معناه أن هذه الدارة تحتوي على 28 طرف أو أرجل .
تنتج الدوائر المتكاملة الخطية إشارة خرج تتناسب مع إشارة الدخل المطبقة عليه مثل مضخمات القدرة، ومضخمات العمليات، ومنظمات الجهد، وتستخدم في أجهزة الراديو والتليفزيون، ومضخمات الصوت، ووحدات التغذية.
هي دارات متكاملة توفر مستويات مختلفة من الإشارة عند مخارجها نتيجة الاستجابة لمستويات مختلفة مداخلها، وهذا النوع من الدارات من الإشارة يعالج البيانات التماثلية (Analogue) مثل الفولتية والإشارات الصوتية والتردد ودرجة الحرارة.
من أهم الدارات الخطية المستخدمة دارة مضخم العمليات (Amplifier Operational) التي تحتوي على عدد كبير من الترانزستورات والمقاومات والمواسعات التي توصل معا فتنتج دارة متكاملة لمضخم العمليات استخدامات عديدة منها جمع الإشارات وطرحها والعمل مفاضلا ومكاملا والتحويل إلى اللوغاريتم وإنتاج مختلف أنواع النبضات بترددات متنوعة.
شرح الدوائر المتكاملة
 |
| شرح الدوائر المتكاملة Integrated Circuits |
تمييز أطراف (أرجل) الدائرة المتكاملة
 |
| تمييز أطراف(أرجل) الدائرة المتكاملة |
الدائرة المتكاملة لها عدة أطراف أو أرجل ويمكننا تحديد أول طرف بأنه يكون على يسار الحفرة أو الدائرة الموجودة بالأعلى وباقي الأطراف تكون عكس عقارب الساعة.
أنواع الحاويات للدارات المتكاملة
 |
| أنواع الحاويات للدارات المتكاملة |
يوجد نوعان من أنواع الحاويات أو ال Package للدارات المتكاملة وهما:
النوع الأول هو Through Hole أو DIP وهذا النوع يتم لحامه على البورد من الخلف حيث تكون أطرافه معكوفة .
النوع الثاني هو Surface Mount أو SMD وهذا النوع يتم لحامها على السطح دون الحاجة إلى دخول أرجلها للداخل ثم لحامها كما في النوع السابق .
لتسهيل عملية اللحام يمكننا استخدام Socket المخصص لكل نوع من أنواع الدوائر المتكاملة بنفس عدد الأطراف.
لعمل تجربة على الدائرة المتكاملة يمكننا استخدام Breakout Boards عند وجود عدد كبير من الأطراف لها أو انها صعبة اللحام فيمكننا وضع ال IC على Breakout Boards ولحامها ويمكننا بذلك استخدام أطرافها حيث أن أصبح لدينا مسافات كبيرة بين أطرافها، ومن الممكن أن أعمل على Breakout Boards التجربة وبعد ذلك أزيلها ومن الممكن أن أستخدم Breakout Boards مع ال Socket المخصص لها دون الحاجة إلى لحامها.
ملاحظة
الرقم الذي يكون مكتوب إلى جوار نوع الدارة المتكاملة يعبر عن عدد الأرجل مثل PDIP-28 معناه أن هذه الدارة تحتوي على 28 طرف أو أرجل .
أنواع الدوائر المتكاملة IC
الدوائر المتكاملة الخطية التماثلية Liner ICs
تنتج الدوائر المتكاملة الخطية إشارة خرج تتناسب مع إشارة الدخل المطبقة عليه مثل مضخمات القدرة، ومضخمات العمليات، ومنظمات الجهد، وتستخدم في أجهزة الراديو والتليفزيون، ومضخمات الصوت، ووحدات التغذية.
هي دارات متكاملة توفر مستويات مختلفة من الإشارة عند مخارجها نتيجة الاستجابة لمستويات مختلفة مداخلها، وهذا النوع من الدارات من الإشارة يعالج البيانات التماثلية (Analogue) مثل الفولتية والإشارات الصوتية والتردد ودرجة الحرارة.
من أهم الدارات الخطية المستخدمة دارة مضخم العمليات (Amplifier Operational) التي تحتوي على عدد كبير من الترانزستورات والمقاومات والمواسعات التي توصل معا فتنتج دارة متكاملة لمضخم العمليات استخدامات عديدة منها جمع الإشارات وطرحها والعمل مفاضلا ومكاملا والتحويل إلى اللوغاريتم وإنتاج مختلف أنواع النبضات بترددات متنوعة.
الدوائر المتكاملة الرقمية Digital ICs
هي عبارة عن دوائر تبديل (Switching)تتناوب بين حالتين منطقتين هما الحالة المنطقية 1, والحالة المنطقية 0.
تستخدم الدوائر المنطقية في الحاسابات الرقمية وتشمل الدوائر الرقمية البوابات المنطقية والمسجلات والعدادات والمعالجات الميكروية الدقيقة ورقاقات الذاكرة.
وتوجد من الدوائر المتكاملة الرقمية العديد من الأنواع على حسب نوع التصنيف فنجد أن:
أنواع الدوائر المتكاملة الرقمية على حسب التكثيف
الدوائر المتكاملة الرقمية قليلة التكثيف(SSI) Small Scale Integration وتعتبر أقل الدوائر المتكاملة تعقيدا وتحتوي على حوالي 12 بوابة منطقية.
الدوائر المتكاملة الرقمية متوسطة التكثيف (MSI) Medium Scale Integration هي أكثر تعقيد من سابقتها وتحتوي على من 12 إلى 100 بوابة رقمية مثل العدادات وفاك الشفرة والدوائر الحسابية والذاكرات الصغيرة.
الدوائر المتكاملة الرقمية عالية التكثيف (LSI) Large Scale Integration تحتوي على أكثر من 100 بوابة منطقية وتحتوي على ذاكرات كبيرة و Microprocessors.
الدوائر المتكاملة الرقمية عالية التكثيف جدا (VLSI) Very Large Scale Integration وتحتوي على ألاف البوابات المنطقية على رقاقة واحدة Single Chip .
أنواع الدوائر المتكاملة على حسب العائلات التجارية
يتم تصنيف هذه العائلات على حسب القطع الالكترونية الداخلة في تصنيعها وهي :
عائلة TTL أو Transistor-Transistor Logic وهي أكثر العائلات شيوعا وتتكون من ترانزستورات بنوعيها PNP وNPN بالإضافة إلى المقاومات والدايودات.
عائلة ECL أو Emitter-Couple Logic وتستخدم في الدوائر التي تتطلب سرعة عالية وتتكون من ترانزستورات مقاومة الباعث.
عائلة RTL أو Resistor-Transistor Logic وهي دوائر تتكون من ترانزستور ومقاومة.
عائلة DTL أو Diode-Transistor Logic وتتكون من دايود وترانزستور.
عائلة I2L أوIntegrated-Injection Logic وتستخدم في الدوائر التي تتطلب كثافة قطع عالية.
عائلة MOS أو Metal-Oxide Semiconductors وتتكون من ترانزستورات تأثير المجال الأكسي المعدني وتستخدم في الدوائر التي تتطلب كثافة قطع عالية.
عائلة CMOS أو Complementary Metal-Oxide Semiconductors وتستخدم في الدوائر التي تتطلب استهلاك قليل للطاقة.
الدارات المتكاملة (الرقمية- التماثلية) أو (التماثلية الرقمية)
تعمل هذه الدارات على تحويل البيانات الرقمية إلى بيانات تماثلية أو العكس، مثل دارات تحويل الفولتية إلى قيم رقمية.
مميزات وعيوب الدوائر المتكاملة IC
مميزات الدوائر المتكاملة
- صغر حجمها.
- انخفاض تكلفتها.
- استهلاك منخفض للقدرة.
- قلة استخدام الأسلاك الخارجية ووصلات اللحام.
- العناصر داخل الدائرة IC معزولة كهربائيا حيث أنه لا يمكن الوصول إلى الرقاقة إلا من خلال أطرافها أو أرجلها الخارجية.
- سريعة في الأداء مما يجعلها تناسب العمليات عالية السرعة.
عيوب الدوائر المتكاملة
- التأثر الكبير بدرجة الحرارة ولذلك لابد من استخدام وسيلة للتبريد عند العمل على قدرات عالية.
- صعوبة تصنيع الملفات والمحولات داخل الدوائر المتكاملة.
- صعوبة تصنيع مكثفات ذات سعة كبيرة داخل الدوائر المتكاملة.
- عدم تحمل الفولتية أو التيار العالي.
- التأثر بالكهرباء الساكنة.
فحص الدارات المتكاملة الرقمية Digital integrated circuit testing
 |
| فحص الدارات المتكاملة الرقمية Digital integrated circuit testing |
للذهاب إلى فهرس دروس دورة الالكترونيات العملية للمهندس وليد عيسي من هنا
المصادر
أتمنى ان يكون موضوع شرح الدوائر المتكاملة Integrated Circuits مفيدا لكم.