مدار مجتمع یا آی‌سی (Integrated circuit) همچون مقاومت، خازن و… از قطعات مدارهای الکترونیکی است با این تفاوت که خود یک مدار الکتریکی جداگانه و متشکل از انواع مقاوت، خازن و ترانزیستور است. نام‌های دیگری نیز به انواع آی‌سی (IC) اطلاق می‌گیرد. از جمله‌ی این نام‌ها مدار یکپارچه، تراشه و یا ریزتراشه است. استفاده از مدار مجتمع‌های مختلف در طراحی مدار الکتریکی باعث گردید دنیای جدیدی از قابلیت‌ها در انواع مدارهای الکتریکی پدید آید. بطوریکه برای مدل‌سازی مدارهای که انواع آی‌سی در آن به کار رفته، نیاز به صدها مقاومت و خازن و قطعات متنوع الکتریکی است. در این صفحه اس ام دی سنتر قصد دارد بررسی جامعی در مورد انواع آی‌سی یا مدارهای مجتمع انجام دهد و در مورد IC شبکه نیز اطلاعات مفیدی را ارائه دهد. با تکنوکالا همراه باشید.
مدار مجتمع یا آی‌سی چیست؟
با کشف مواد نیمه‌رسانا و پیشرفت‌های مربوط به مواد نیمه‌رسانا، تراشه‌ها یا مدارات مجتمع وارد دنیای الکترونیک شد. مدار مجتمع به مجموعه‌ای از مدارات الکتریکی گفته می‌شود که در ساخت آن معمولا از مواد نیمه‌رسانای سیلیکون که مقدار تنظیم شده‌ای از ناخالصی در آن وجود دارد استفاده می‌شود. ابعاد آی‌سی معمولا کمتر از یک سانتی‌متر مربع است. هر IC از تعداد بالایی ترانزیستور تشکیل شده است. این ترانزیستورها توسط یک سری تکنولوژی‌های پیشرفته و پیچیده در داخل لایه‌های مختلفی از سیلیکون با ضخامت یکنواخت وجود دارد. این قطعه در یک سوکت قرار گرفته و در برد مدار الکتریکی قرار می‌گیرد. انواع IC دارای تعداد مختلفی پایه است که با استفاده از این پایه‌ها می‌توان به مدار داخلی آن دسترسی پیدا کرد. بطور کلی تعریف ریزتراشه به شرح زیر است:
قطعه‌ای الکترونیکی است که از مجموعه‌ای از اجزای ریزتر بسیاری از جمله انواع ترانزیستور ها تشکیل شده است.
کاربرد آی‌سی در الکترونیک
با توجه با ساخت IC ها و دارا بودن این قطعه به تعداد بالایی از ورودی، می‌توان مقادیر خروجی متنوعی را پردازش و تولید کرد. برای درک کاربرد آی‌سی‌ها کافی‌ست به Cpu یا پردازنده کامیپوتر توجه کنید. پردازنده‌‌هایی مرکزی کامپیوتر با استفاده از تکنولوژی آی‌سی تولید میشوند و بالغ بر میلییون‌ها ترانزیستور در آن وجود دارد. البته طراحی برخی از مدارهای مجتمع به گونه‌ای است که می‌توان از آنها به عنوان حافظه در مدار الکتریکی استفاده نمود. به عنوان مثال از ریزتراشه‌ی PROM که به عنوان حافظه‌ی قابل برنامه‌ریزی شناخته می‌شود، در ساخت ROM کامیپوتر استفاده می‌شود.
آی‌سی چگونه تولید می‌شود؟
IC ها را در اتاقی به نام اتاق تمیز تولید می‌کنند. دلیل این کار تحت کنترل قرار دادن سطح ناخالصی‌ها و طیف‌های نوری است. برای ساخت انواع آی سی، مدارهای الکتریکی مختلف را در لایه‌ای از سیلیسیم به نام ویفر سیلیکون قرار می‌دهند. این عملیات را در چند لایه تکرار می‌کنند. تکنولوژی ساخت و هم چنین طراحی‌های خاص تولید انواع آی‌سی بسیار پیچیده است. به همین دلیل تنها کشورهای محدودی توانایی تولید IC یا مدارات مجمتع را دارند. به تازگی در تولید آی‌سی‌ها به جای خازن از ترانزیستورها استفاده می‌شود. استفاده از ترانزیستور باعث کاهش حجم مدار مجمتع می‌شود. در ساخت ریزتراشه‌ها از ترانزیستور های دو قطبی BJT و ترانزیستور MOSFET ااستفاده می‌شود که به ترتیب به عنوان مدار مجتمع TTL و Cmos شناخته میشوند.
انواع مدار مجمتع یا آی‌سی
ICها را بر اساس نوع ساخت و همچنین نوع کارایی آن به انواع مختلفی تقسیم‌بندی می‌کنند. این تنوع طبقه‌بندی به علت تکنولوژی و طراحی‌های خاص تولید انواع ریزتراشه است.
انواع آی‌سی از نظر کاربرد
بر اساس نوع کاربرد و کارایی، ICها را به انواع زیر طیقه‌بندی می‌کنند:
- آی‌سی خطی: تقویت یا انجام فرایندهای خطی بر روی سیگنال‌ها
- آی‌سی دیجیتالی: دربرگیرنده ی مدار منطقی و حافظه در مدارهای الکترونیک
از مدار مجتمع خطی در تقویت‌کننده‌های ساده، مدارهای مخابراتی و تقویت‌کننده‌های عملیاتی استفاده می‌شود. همچنین از مدار مجتمع دیجیتالی در دستگاه‌های همچون کامپیوتر، حاسبگرها و ریزپردازنده‌ها استفاده می‌شود. طراحی و تولید ICهای دیجیتالی به مراتب راحت تر از آی‌سی‌های خطی است. کاربرد آی‌سی‌های دیجیتالی نیز به مراتب بسیار بیشتر از IC های خطی است.
انواع آی‌سی از نظر نوع ساخت
از نظر نوع طراحی و ساخت، ICها را به دو نوع زیر تقسیم‌بندی می‌کنند:
- مدارهای یکپارچه: این نوع آی‌سی‌ها بصورت یکپارچه و کامل بر روی یک نیمه‌رسانا قرار دارد.
- مدارهای آمیخته: یک مدار آمیخته تشکیل شده است از تعدادی از آی‌سی‌های یکپارچه و یا ترانزیستور که توسط عناصر پیوندی، با یکدیگر در ارتباط هستند.
آی سی یکپارچه بصورت یک قطعه کامل است. در حالی که آی‌سی آمیخته از قسمت‌های منفک متفاوتی که با یکدیگر در ارتباط هستند، تشکیل شده‌است. مزیت مدارهای آمیخته وجود لایه‌های عایق است که همین مورد امکان دسترسی به انواع مقاومت ها و خازن های دقیق را فراهم می‌کند.
آی‌سی شبکه چیست؟
از IC شبکه در دستگاه‌های مختلف برای برقراری ارتباط در شبکه استفاده می‌شود. بر روی این ICها اصطلاح rts یا rtl درج می‌شود. در اطراف مدار مجتمع شبکه در یک مدار الکتریکی یک کریستال 25 مگاهرتزی و تعدادی سلف و در بعضی موارد یک رگلاتور وجود دارد. آی‌سی شبکه بطور متداول بصورت 48 پین Plcc در مدارهای الکتریکی دستگاه های مختلف وجود دارد. تغذیه ریزتراشه‌ی شبکه توسط آی سی i/o و یک رگلاتور که در نزیکی آی‌سی شبکه وجود دارد، تامین می‌شود. ولتاژ کاری آی سی شبکه معمولا در محدوده‌ی 3.3 تا 5 ولت است و در حال حاضر در تمامی تولیدات امروزی 3.3 ولت است.
دلایل استفاده از انواع آی‌سی در مدارهای الکتریکی
هرچند در ظاهر طراحی وساخت آی‌سی‌ها هزینه‌بر است اما در واقعیت باید گفت که استفاده از IC از نظر اقتصادی در اغلب موارد مقرون به صرفه‌تر است. داشتن همزمان چندین مدار الکتریکی در یک مدار مجتمع و انجام عملیات‌های مختلف باعث کاهش هزینه نسبی استفاده از IC ها می‌شود. از دیگر مزایای استفاده از مدارهای مجتمع می‌توان از بالا بودن ضریب اطمینان این قطعات نام برد. ساخت تمامی قطعات و اتصالات ICها بر روی بستر بسیار محکم و با دقت بالا انجام می‌شود. بنابراین خطاهای مربوط به اتصالات قطعات دیگر همچون ایرادهای فنی در لحیم کاری، در انواع IC وجود ندارد. البته نباید از مهمترین ویژگی این قطعات غافل شد. کاهش چشم گیر حجم و بالا رفتن سرعت انتقال از مهمترین ویژگی‌های انواع مختلف آی‌سی است.
