Διδακτικά Βιβλία του Παιδαγωγικού Ινστιτούτου

Αναζήτηση

Βρες
Εμφάνιση

Ολοκληρωμένα κυκλώματα

Η ραγδαία τεχνολογική εξέλιξη στον τομέα των ηλεκτρονικών έχει κάνει δυνατή την κατασκευή πολύπλοκων ηλεκτρονικών κυκλωμάτων σε ένα μικρό τεμάχιο ημιαγωγού (π.χ. πυριτίου) διαστάσεων μερικών τετραγωνικών χιλιοστών, στο οποίο με κατάλληλες τεχνικές σχηματίζονται τα διάφορα στοιχεία, όπως κρυσταλλοδίοδοι, κρυσταλλοτρίοδοι, πυκνωτές, καθώς και οι συνδέσεις τους. Τα στοιχεία αυτά σχηματίζουν ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα (Integrated Circuit, IC). Η όλη κατασκευή τοποθετείται σε μεταλλική ή πλαστική συσκευασία που αποτελεί τη λεγόμενη ψηφίδα (chip). Η ψηφίδα επικοινωνεί με άλλα κυκλώματα με εξωτερικούς ακροδέκτες, τις ακίδες. Το μέγεθος μίας ψηφίδας είναι μερικά τετραγωνικά εκατοστά, μαζί με το πλαστικό της περίβλημα και τους ακροδέκτες.

Μια από τις περισσότερο χρησιμοποιούμενες οικογένειες ολοκληρωμένων κυκλωμάτων είναι η TTL (Transistor Transistor Logic, Κυκλώματα Τρανζίστορ -Τρανζίστορ) ενώ για κυκλώματα υψηλών ταχυτήτων χρησιμοποιείται η οικογένεια ECL (Emitter Coupled Logic, Κυκλώματα Συνδεδεμένου Εκπομπού). Τα κυκλώματα που είναι υλοποιημένα με CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor, Κυκλώματα MOS με Συμπληρωματικά Στοιχεία) έχουν μικρή κατανάλωση ισχύος.

Τα στοιχεία των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων που περιέχονται στις ψηφίδες συνδυάζονται για να σχηματίσουν πύλες (gates). Μία πύλη δέχεται σαν είσοδο δύο ή περισσότερα ηλεκτρικά σήματα τα οποία κωδικοποιούν bits (π.χ. τα 5 Volt παριστάνουν το 1 και τα Ο Volt παριστάνουν το 0) και παράγει στην έξοδο ένα σήμα το οποίο είναι το αποτέλεσμα μίας «πράξης» μεταξύ των εισόδων της.

Η πύλη AND («ΚΑΙ») δίνει στην έξοδο της 1 αν όλα τα σήματα εισόδου της έχουν την τιμή 1, αλλιώς δίνει στην έξοδο 0.

Μια άλλη διάκριση που γίνεται στα ολοκληρωμένα κυκλώματα, είναι ανάλογα με τον αριθμό των δομικών πυλών που περιέχει κάθε ψηφίδα. Έτσι, διακρίνονται τα κυκλώματα:

1. Μικρής Κλίμακας Ολοκλήρωσης (Small Scale Integration, SSI). Αυτά περιέχουν λίγες (5-10) μεμονωμένες πύλες.

2. Μέσης Κλίμακας Ολοκλήρωσης (Medium Scale Integration, MSI). Αυτά περιέχουν 10-100 πύλες κατάλληλα συνδεδεμένες, ώστε να σχηματίζουν ένα ψηφιακό κύκλωμα (όπως π.χ. έναν καταχωρητή ή μετρητή).

3. Μεγάλης Κλίμακας Ολοκλήρωσης (Large Scale Integration, LSI), τα οποία περιέχουν περισσότερες από 100 πύλες μέχρι μερικές χιλιάδες πύλες (όπως οι απλοί μικροεπεξεργαστές).

4. Πολύ Μεγάλης Κλίμακας Ολοκλήρωσης (Very Large Scale Integration, VLSI) που περιέχουν κυκλώματα τα οποία σχηματίζονται από πολλά εκατομμύρια πύλες (όπως οι σύγχρονοι μικροεπεξεργαστές).

Όλα τα ηλεκτρονικά κυκλώματα κατασκευάζονται με ολοκληρωμένα κυκλώματα, αφού τα τελευταία προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα: έχουν μικρό μέγεθος, υψηλή ταχύτητα λειτουργίας, μικρό κόστος, μεγάλη αξιοπιστία, μικρή κατανάλωση ενέργειας και δίνουν μεγάλη ευελιξία στη σχεδίαση και κατασκευή ηλεκτρονικών κυκλωμάτων για υπολογιστές.