Transistores y  Circuitos Integrados

Universidad Los Angeles de Chimbote

Alumno: Christian Miñano Lozano

Curso: Electrónica Básica

INTRODUCCION

•El primer circuito Integrado fue creado por Jack Kilby en la empresa Texas Instruments en el año de 1959; poco mas de una década después de la invención del transistor en los laboratorios Bell en 1947.A finales de la década de 1960 apareció el circuito integrado (CI), que posibilitó la fabricación de varios transistores en un único sustrato de silicio en el que los cables de interconexión iban soldados. Los circuitos integrados han hecho posible la fabricación del microordenadores y las microcomputadora. 

   

Transistores

   

Transistores

   

I­­­e­

­ColectorEmisor

Base

ColectorEmisor

Base

  Colector Emisor Base

P N P

  Colector Emisor Base

N P N

Base poco dopadaBase poco dopadaEmisor más dopado que colectorEmisor más dopado que colector

El transistor bipolar de unión (BJT)

   

Hay 4 variables que dependen el tipo de conexión: Vsalida, Ventrada, Isalida, Ientrada.

Base común

Variables:

VBE, VCB, IE,  IC 

E

B

C

Emisor común

Variables:

VBE, VCE, IB,  IC 

B

E

C B E

C

Colector común

Variables:

VCB, VCE, IB,  IE 

Configuraciones del transistor

   

IE

IB

PEmisor

PColecto

r

NBase

IC

RL

A

D

VEB V

E

B

C

gm : transconductancia

∆VAD = RL∆IC ∆(­IC) = gm ∆VEB  ΔVAD

ΔVEB

=RL gm

Transistor de unión: amplificador

   

Aplicaciones: circuitos lógicospuertas AND y OR, lógica de diodos

1N914

1N914

A

B

R

Vs

10 V

Puerta “AND” con diodos

Vs

R

Puerta “OR” con diodos

   

1950: Abandono de las válvulas de vacío y sustitución por transistores individuales

1960:  Circuitos integrados en sustrato de silicio

1980: Transistores de efecto campo

1993: Tecnología CMOS

Del vacío al CMOS

   Inversor (NOT)

Aplicaciones: circuitos lógicostecnología CMOS

   

G

D

S

FILA

BIT Se almacena un “1” en la celda cargando el condensador mediante una VG en fila y VD en bit

La lectura se hace aplicando VG en fila y midiendo la corriente en la línea bit

La lectura es un proceso destructivo. Hay que restaurar el valor leído

SRAM

DRAM

Aplicaciones: memorias RAM

   

EPROM

MOSFET ROM

Aplicaciones: memorias ROM

   

CCDCMOS sensor

Aplicaciones: CCD

   

Estructura DRAM con celdaLCD i LED

RGB

Aplicaciones: TFT

Circuito Integrado Circuito: Conjunto de conductores que 

recorre una corriente eléctrica, y en el cual hay generalmente intercalados aparatos productores o consumidores de esta corriente.

Circuito integrado: Combinación de elementos de circuito miniaturizados que se alojan en un único soporte o chip, generalmente de silicio.

Fuente: Diccionario de la Real Academia Española (www.rae.es)

Circuito Integrado Circuito integrado: Conjunto de 

transistores y circuitos eléctricos construidos sobre un mismo cristal. Los circuitos integrados actuales no miden más de un centímetro de largo y pueden contener millones de transistores.

Fuente: Diccionario de la Real Academia Española (www.rae.es)

Algunas Definiciones MSI: Medium Scale Integration, tipo de integración 

de chip capaz de albergar entre 10 y 500 transistores.

LSI: Large Scale Integration, tipo de integración de chip capaz de albergar entre 1.000 y 10.000 transistores.

VLSI: Very Large Scale Integration, tipo de integración de chip capaz de albergar sobre 100.000 transistores.

ULSI: Ultra Large Scale Integration, tipo de integración de chip capaz de albergar sobre 10.000 circuitos.

Hoy en día VLSI y ULSI se confunden

   

COMPONENTES DE UN CI:

Los circuitos Integrados contienen cientos de estos componentes distribuidos de manera ordenada; utilizando la  técnica llamada fotolitografía la cual permite ordenar miles de componentes en una pequeña placa de silicio.

 El transistor actúa como un switch .

Las resistencias limitan el flujo de electricidad .

Los capacitares almacenan electricidad y la liberan en un rápido impulso.

Los diodos detienen la electricidad bajo alguna condición.

CARACTERISTICAS

Rara vez se pueden reparar; es decir si un solo componente de un circuito integrado llegara a fallar, se tendría que cambiar la estructura completa; esto se debe al tamaño diminuto y los miles de componentes que poseen.

Tamaño; ya que puede contener 275, 000 transistores, además de una multitud de otros componentes como son transistores, diodos, resistencias, condensadores y alambres de conexión, y medir desde menos de un centímetro a poco mas de tres centímetros.

   

CLASIFICACIÒN SEGÚN NIVELES DE INTEGRACIÓN: SSI (Small Scale Integration) .

 Se refiere a los CI con menos de 12 componentes integrados. La mayoría de los chips SSI utilizan resistores, diodos y transistores bipolares integrados  Varias compuertas lógicas en un solo paquete hacen un dispositivo  con integración a pequeña escala .  ejemplos: compuertas. 

   

MSI ( Medium Scale Integration) ­ 1970 

Se refiere a los CI que tienen de 12 a 100 componentes integrados por chip. comprenden la época de investigación    Ejemplos:

codificadores, registros, contadores , multiplexores, de codificadores y de multiplexores. Estos integrados son los que se usaban en los primeros ordenadores.

   

LSI (Large­Scale Integration) ­ 1971

 Se refiere a CI con más de 100 componentes. Ya que toma pocos pasos hacer un transistor MOS integrado, un fabricante puede producir más de estos en un chip en vez de transistores bipolares. Ejemplos: Memorias, unidades aritméticas y lógicas (alu's), microprocesadores de 8 y 16 bits.Son utilizados para la fabricación de: los relojes de pulsera, detectores de humos, televisores y calculadoras quedan dentro de esta categoría. Los circuitos integrados utilizados en temporizadores de electrodomésticos son los mismos que los empleados en los relojes industriales, y el microprocesador 

   

VLSI (Very Large Scale Integration)  ­ 1980

La integración en escala muy grande de sistemas de circuitos basados en transistores en CI que van de 10 000 a 99 99910 000 a 99 999 , como parte de las tecnologías de semiconductores y comunicación que se estaban desarrollando, Dan inicio a la era de la miniaturización. 

Ejemplos: Micro­procesadores de 32 bits, micro­controladores, sistemas de adquisición de datos.        

   

Son módulos de construcción básica de los dispositivos electrónicos modernos, tales como radios, TV, sistemas de telefonía, computadoras y en general productos electrodomésticos caseros e industriales

ULSI(Ultra Large Scale Integration )

El Primer Computador

The BabbageDifference Engine(1832)25,000 partscost: £17,470

Evolución Histórica

ENIAC – El Primer Computador Electrónico (1946)

Evolución Tecnológica

Circuitos Integrados (Integrated Circuits ­ IC)

En un IC se implementa un circuito electrónico completo (Resistencias, condensadores, diodos, transistores, etc) realizado sobre el mismo circuito semiconductor (Substrato).

µA 741 I P

DATOS EN EL ENCAPSULADO DE UN CIRCUITO INTEGRADO

FABRICANTE

AD        Analog DevicesµA         FairchildCR        RCALM        National SemiconductorMC        MotorolaNE/SE   SigneticsOP         Precision MonolithicsRC/RH  RaytheonSG          Silicon GeneralTL          Texas Instrument DESIGNADOR

Nombre/función del dispositivo

741   Amplificador de propósito general081   Amplificador entrada FET311   Comparador rápido

RANGO TEMPERATURA

C:  Comercial 0ºC hasta 70ºC

I:   Industrial ­40ºC hasta 85 ºC

M: Militar ­55ºC hasta 125 ºC

ENCAPSULADO

D,P:  PlásticoJ, N: CerámicoM:     Metálico

1

2

3

45

6

Encapsulado típicoDIL ­ 6

Orden para numerar los pines

Pin número 1

DATOS EN EL ENCAPSULADO DE UN CIRCUITO INTEGRADO

DIL = Dual In LineSIL = Serial In Line

1948TransistorLab. Bell

Schokley, Brattain, Bardeen

1958Primer IC

Kilby

1971Primer µP

4004INTEL

2001Pentium IV

INTEL

Transistor2 Transistores 42 millones de transistores

1960MOSFET

2.300 Transistores

1945ENIAC

1er Computadorválvulas

La evolución del tamaño de los circuitos integrados ha sido espectacular.

Teniendo sus máximos de capacidad de integración, en el mundo de la Electrónica Digital (Microprocesadores)

LOS CIRCUITOS INTEGRADOS PUEDEN LLEGAR A TENER MUCHÍSIMOS COMPONENTES REALIZADOS SOBRE EL MISMO CIRCUITO INTEGRADO 

Buscando errores sobre un esquema de un Circuito Integrado

CIRCUITOS INTEGRADOS: UNA AUTENTICA REVOLUCIÓN

Hoy día podemos considerar a los circuitos integrados como componentes electrónicos.

El diseño de aplicaciones con componentes sueltos (o discretos) (diodos, transistores, resistencias, condensadores, etc) cada vez está mas restringido a aplicaciones muy especiales (Electrónica de potencia, muy altas frecuencias, etc).

Hoy día podemos decir que existen una variedad de  circuitos integrados "casi" específicos para nuestra aplicación:

Electrónica Analógica (amplificadores, comparadores, multiplicadores, generadores de señal, etc)

Electrónica Digital (microprocesadores, conversores A/D y D/A,  etc)

Comunicaciones (Emisores, receptores, etc)

Electrónica de Potencia (Circuitos de control de motores, Drivers, etc)

Y una multitud de ejemplos mas (solo hay que ver las páginas web de los distintos fabricantes (MOTOROLA, TEXAS, IR, SGS, NATIONAL, etc).

ES PRÁCTICAMENTE IMPOSIBLE CONOCER TODOS LOS CIRCUITOS INTEGRADOS EXISTENTES EN EL MERCADO. DEBEMOS SABER BUSCAR EL NECESARIO PARA NUESTRA APLICACIÓN

DETALLE DE UN CIRCUITO REAL

DETALLE DE UN CIRCUITO REAL

Detalle de un circuito real

EJEMPLO TÍPICO DE CIRCUITO INTEGRADO DE PROPÓSITO GENERAL:

DIP­8

   

CONCLUSIONES

Los Circuitos Integrados son pequeños circuitos electrónicos que han ido evolucionando con el paso del tiempo; ya que su funciones han crecido y su tamaño a disminuido considerablemente; la llamada “Miniaturización”. 

Los circuitos integrados han hecho posible el desarrollo de muchos nuevos productos, como computadoras y calculadoras personales, relojes digitales y videojuegos. 

El desarrollo de los circuitos integrados ha revolucionado los campos de las comunicaciones, la gestión de la información y la informática. 

Los circuitos integrados han permitido reducir el tamaño de los dispositivos con el consiguiente descenso de los costes de fabricación y de mantenimiento de los sistemas. Al mismo tiempo, ofrecen mayor velocidad y fiabilidad.