Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Co to jest układ scalony i jak działa?

Układ scalony to komponent elektroniczny, zawierający w swej strukturze tranzystory, diody, rezystory, kondensatory i inne podzespoły. Cechą wspólną dla wszystkich układów scalonych jest fakt, że ich elementy składowe są umieszczone na jednym kawałki krzemu.
Article Image
1. Repetytorium użytkowej elektroniki 2. Repetytorium użytkowej elektroniki - Oświetlenie LED pod szafkami 3. Repetytorium użytkowej elektroniki - Oświetlenie do piwnicy 4. Repetytorium użytkowej elektroniki - Sygnalizator zalania 5. Repetytorium użytkowej elektroniki - Zasilacz do układu audio 6. Repetytorium użytkowej elektroniki - Zasilacz warsztatowy 7. Jaką wkrętarkę wybrać? Na co zwrócić uwagę przy zakupie? 8. Rodzaje tranzystorów bipolarnych i unipolarnych 9. Jak podłączyć taśmy LED 10. Inteligentny dom - wszystko co powinieneś wiedzieć o systemach SMART HOME 11. Jak podłączyć prostownik do akumulatora (ładowanie) 12. Drukarki 3D - budowa i zasada działania 13. Jak prawidłowo zarobić kabel antenowy? 14. Jaki czujnik czadu wybrać i gdzie najlepiej zamontować? 15. Programowanie mikrokontrolerów - o czym należy wiedzieć na początek? 16. Oscyloskop cyfrowy - jaki wybrać? 17. Co to jest barometr i jak działa? 18. Jaki wykrywacz metali kupić? Na co zwracać uwagę przy wyborze? 19. Jak działa sieć 5G i jakie daje możliwości? 20. Diody LED - napięcie diod o różnych kolorach 21. Jaki kompresor samochodowy kupić? 22. Czujniki parkowania - jakie wybrać? 23. Jak ustawić antenę do odbioru naziemnej TV DVB-T? 24. Co to jest rezystor (opornik) i jak działa? 25. Jakie są typy i rodzaje bezpieczników? 26. Co to jest układ scalony i jak działa? 27. Jak zmierzyć napięcie akumulatora miernikiem? 28. Jak zarobić kabel sieciowy RJ-45? 29. Lutowanie - jak lutować kable poprawnie? 30. Arduino - co to jest i jak zacząć? 31. Raspberry pi - co to jest, do czego służy, jak zacząć? 32. Do czego służą kondensatory - zasada działania 33. Co to jest bezpiecznik i jak działa? 34. Jak dobrać i wymienić bezpiecznik? 35. Rodzaje kondensatorów, ich oznaczenia i budowa 36. Kalafonia - co to jest? do czego służy? jak używać? 37. Przewodniki prądu - co przewodzi prąd, a co nie? 38. Jaka latarka czołowa sprawdzi się najlepiej? 39. Jak działa płytka stykowa (prototypowa)? 40. Jakie ogniwa 18650 wybrać i gdzie kupić akumulatorki? 41. Jaki powerbank wybrać? Czym kierować się przy kupnie? 42. Raspberry Pi czy Arduino? Co wybrać? 43. Pierwsze Prawo Kirchhoffa - przepływ prądu w obwodzie elektrycznym 44. Rezonator kwarcowy - schemat, oznaczenia i zastosowanie 45. Drugie Prawo Kirchhoffa - bilans spadku napięć w zamkniętym obwodzie elektrycznym 46. Do czego służy przedwzmacniacz? 47. Wzmacniacze audio - schematy i działanie 48. Co to jest kinematyka? Wzory kinematyki 49. Jaka ładowarka samochodowa będzie najlepsza? 50. Woltomierz - jak podłączyć i do czego służy? 51. Zasilacz laboratoryjny - jaki wybrać, do czego służy i jak użytkować? 52. Jaki magnes neodymowy kupić? 53. Jaki dron wybrać na początek, na co zwrócić uwagę przy kupnie? 54. Jaki filament wybrać - rodzaje filamentów do drukarek 3d 55. Co to jest termistor - zasada działania, jak dobierać? 56. Lokalizator GPS do samochodu - gdzie i jak zamontować? 57. Transmiter samochodowy - jak działa? 58. Jak działa ładowarka indukcyjna i jak nią ładować? 59. Jaki oczyszczacz powietrza wybrać? 60. Silniki prądu stałego - budowa, zastosowanie i zasada działania 61. Co to jest triak - jak go sprawdzić i jak działa? 62. Co to jest tranzystor MOSFET - jak działa, jak sprawdzać? 63. Izopropanol - do czego służy i gdzie kupić? 64. Co to jest tranzystor, jak działa i za co odpowiada? 65. Co to jest Transformator i jak działa? 66. Potencjometr obrotowy - schemat, podłączenie i zasada działania 67. Fotorezystor - charakterystyka, zastosowanie i zasada działania 68. Jak dobrać rezystor do diody? 69. Co to jest Tyrystor i do czego służy? 70. Jakie kable rozruchowe wybrać do samochodu? 71. Jaki miernik grubości lakieru kupić? 72. Pomiar jakości powietrza - jak sprawdzić jakość powietrza w domu i na zewnątrz? 73. Języki programowania sterowników PLC 74. Czym jest napięcie i natężenie prądu? 75. Reguła prawej dłoni, czyli ruch przewodnika w polu magnetycznym 76. Co to jest Bluetooth i jak działa? 77. Co to jest silnik krokowy - zasada działania i przeznaczenie 78. Jaką stację pogodową wybrać? Odpowiadamy czym kierować się przy kupnie 79. Jak działa przekaźnik? 80. Sterowniki PLC co to jest? Jakie jest ich zastosowanie i budowa? 81. Radiator i wentylator - czym są i jak działają? 82. Antena samochodowa - jaką wybrać? 83. Podłączenie czujnika ruchu 84. Czujnik ruchu - zasada działania 85. Wszelakie zastosowanie druku 3D - ogromny potencjał 86. Jaką drukarkę 3D kupić? - na co zwracać uwagę przy wyborze 87. Czyszczenie elektroniki - czym czyścić sprzęt elektroniczny? 88. Wytrawianie płytek drukowanych (PCB) - wszystko co powinieneś wiedzieć! 89. Jak sprawdzić tyrystor - opis jego działania 90. Transoptory - zastosowanie i zasada działania 91. Jak działa stabilizator napięcia i do czego służy? 92. Jak wymienić bezpiecznik w samochodzie? 93. Rodzaje regulatorów napięcia 94. Dioda prostownicza - charakterystyka, oznaczenia, budowa 95. Jaki wzmacniacz dźwięku wybrać? 96. Bramki logiczne - symbole i zastosowanie 97. Jakie przewody (kable) do głośników dobrać? 98. Do czego służy myjka ultradźwiękowa oraz zasada działania. Czego nie można myć? 99. Oscyloskop - co to jest i do czego służy?
Rozwiń cały spis treści Zwiń spis treści

Jak jest zbudowany układ scalony?

W środku relatywnie dużej obudowy jest umieszczony niewielki, czasem wręcz miniaturowy skrawek krzemu. Na nim, poprzez odpowiednie procesy technologiczne, zostały wykonane wszystkie potrzebne elementy oraz połączenia między nimi. Liczba tych elementów może być różna (od zaledwie kilku do nawet wielu miliardów) i zależy od przeznaczenia danego elementu.

Przylutowanie czegokolwiek do tak małego obiektu byłoby niemożliwe. Dlatego producenci układów scalonych zamykają je w obudowach, łącząc nóżki obudowy ze specjalnie przygotowanymi polami na strukturze przy użyciu bardzo cienkich drucików. Elektronicy podłączają wtedy swoje obwody do układów scalonych za pośrednictwem tych właśnie nóżek, co jest zdecydowanie wygodniejsze.

Bez obudowy?

W nowoczesnych, silnie zminiaturyzowanych układach elektronicznych, na przykład w telefonach komórkowych i smartwatchach, stosowane są układy scalone w postaci gołej struktury przytwierdzonej wprost do płytki drukowanej. Zmniejsza to ilość potrzebnego miejsca, chociaż jest znacznie trudniejsze w produkcji, a naprawa czegoś takiego jest niemal niemożliwa.

Po co nam układy scalone?

We współczesnym świecie, bez układów scalonych wprost nie sposób się obyć. Komputery, telewizory, telefony - to są bardzo złożone układy elektroniczne, których tak mała cena i rozmiary są możliwe do uzyskania tylko dzięki upchnięciu większości elektroniki do niewielkiego układu scalonego. 

Miniaturyzacja i niska cena

Przykładowo, polski komputer ZAM 41 nie zawierał układów scalonych i zajmował… kilka dużych pomieszczeń, generując podczas pracy sporo hałasu. Pobierana przez niego moc wystarczyłaby do zasilenia kilku domów, a o cenie nawet lepiej nie wspominać.

Dzisiejszy komputer mieści się nawet na dłoni, ma nieporównywalnie lepsze parametry od swojego “pradziadka” i kosztuje tyle co duża pizza, więc korzyści z użycia układów scalonych są widoczne gołym okiem.

Rozrzuty parametrów

Oprócz oszczędności energii i powierzchni, mamy jeszcze jedną, ważną zaletę: wszystkie elementy wykonane na powierzchni kawałeczka krzemu, zostały zrobione w jednym cyklu technologicznym. Ponadto, posiadają tę samą temperaturę podczas pracy. 

Odpowiednio projektując topologię układu, możemy zapanować nad zmorą wszystkich inżynierów na całym świecie, czyli nad rozrzutami parametrów produkcyjnych. Elementy znajdujące się na wspólnym podłożu krzemowym mają (w przybliżeniu) takie same rozrzuty, co powoduje, że można z nich “zeskładać” obwód charakteryzujący się bardzo wysoką powtarzalnością. Trzeba tylko pogłówkować na etapie projektu.

Jakie mamy układy scalone?

Klasyfikacji jest kilka, ale najpopularniejszą jest podział na układy analogowe, cyfrowe i mieszane.

W takiej samej obudowie może być zamknięty zarówno układ analogowy, jak i cyfrowy, chociaż jest tutaj kilka wyjątków - szczegółów zawsze należy szukać w nocie katalogowej danego elementu. W większości przypadków, odróżnienie ich gołym okiem jest niemożliwe, a różnice wynikają z budowy wewnętrznej i zastosowań.

Analogowe...

Ta gałąź elektroniki nieco podupadła na początku XXI wieku, ale znów wraca do łask. Chodzi o takie struktury, które zajmują się przetwarzaniem informacji w postaci analogowej. Są to różnego rodzaju wzmacniacze, filtry i generatory - oczywiście, sygnałów analogowych, czyli takich, które mogą mieć dowolną wartość z zadanego przedziału. Cały otaczający nas świat jest analogowy, więc i pochodzące z niego informacje mają taki sam charakter.

Najpowszechniej stosowane układy analogowe to stabilizatory napięcia i wzmacniacze operacyjne. Również kontrolery zasilaczy impulsowych są, najczęściej, układami analogowymi. Poniższe zdjęcie przedstawia stabilizator, który ma w swojej strukturze kilkadziesiąt elementów, a sam wygląda dokładnie jak zwykły tranzystor dużej mocy.

...cyfrowe...

Na drugim końcu ringu są układy cyfrowe, czyli takie, które przetwarzają informacje zerojedynkowe: jest napięcie - nie ma napięcia. Znajdują się w nich niemal same tranzystory, najczęściej tranzystory polowe typu MOSFET. O takim układzie powiemy, że został wykonany w technologii CMOS.

Układy cyfrowe mają różną skalę integracji. Jeden układ może zawierać kilkanaście tranzystorów, które tworzą podstawowe funktory logiczne. Inny, na przykład blok pamięci statycznej, może ich mieć setki tysięcy i mieścić się w dokładnie takiej samej obudowie co pierwszy. Procesor komputerowy ma miliardy tranzystorów, ale o jego gabarytach decyduje głównie… liczba nóżek, których są setki.

Mamy w sprzedaży dostępne również układy cyfrowe, których strukturę konfigurujemy z poziomu klawiatury komputera. Układy FPGA, bo o nich mowa, to bardzo uniwersalne struktury zawierające bloki cyfrowe, sieć połączeń między którymi możemy modyfikować. Aby to zrobić, przy użyciu odpowiedniego programatora programuje się ich pamięć nieulotną,  z której nastawy są każdorazowo odczytywane.

...i mieszane

Jednak dzisiejszy świat podbiły układy mieszane, czyli analogowo-cyfrowe. Wyobraźmy sobie pojedynczą strukturę, która potrafi zarówno zbierać informacje z naszego otoczenia (analogowe), przetwarzać je i obrabiać, po czym konwertować na wygodną dla siebie formę (cyfrową) i poddawać dalszej obróbce. We wnętrzu takiego układu mogą znaleźć się również nadajnik radiowy (analogowy), stabilizator napięcia (analogowy) i zaawansowany układ mnożący (cyfrowy). 

Bajka? Nie, to tylko część wnętrza jednego z popularnych mikrokontrolerów, kosztujących tyle co hot-dog na stacji benzynowej. Tego typu układy podbijają świat, ponieważ są bardzo uniwersalne. W części z nich można programowo konfigurować nawet sieć połączeń między blokami, przez co obsługa zdarzeń przebiega jeszcze szybciej, bo bez udziału głównego procesora.

Do takiego grona z całą pewnością należą mikrokontrolery, na których bazuje cała współczesna elektronika. Mają:

  • pamięć programu (Flash), 
  • operacyjną, w której zapisują bieżące dane (RAM),
  • procesor (CPU), niekiedy wielordzeniowy,
  • liczne peryferia, jak przetworniki analogowo-cyfrowe, liczniki czy układy radiowe.

Produkuje je wiele firm, w różnych wykonaniach i z różnymi peryferiami.

Jak działają układy scalone?

Wnętrze układu scalonego, czyli jego struktura, wymaga zasilenia. Dla przykładu, we wnętrzu pokazanego wcześniej stabilizatora napięcia typu 7805 znajduje się kilkanaście tranzystorów - każdy z nich trzeba “nakarmić” odpowiednią ilością prądu, aby działał prawidłowo.

To, co te tranzystory robią, zależy od ich konfiguracji. W pokazanym wyżej wypadku, mają redukować napięcie podane na wejście stabilizatora do stałej wartości. Ale mogą robić również inne rzeczy: 

  • wzmacniać sygnał na głośnik albo z mikrofonu, 
  • sterować diodami LED, aby migały,
  • wzmacniać i demodulować sygnał radiowy,
  • sterować sprzętem AGD,
  • i wiele, wiele innych!

Liczba typów układów scalonych idzie w grube tysiące, a każdy z nich ma swoje zastosowanie. Jeżeli układ scalony jest programowalny, to ma za zadanie wykonywać program zapisany w pamięci - jego funkcje nie są odgórnie określone przez producenta na linii produkcyjnej.

Podsumowanie

Układy scalone to alternatywa dla obwodów na płytkach drukowanych, która powoduje miniaturyzację układu, zmniejszenie jego ceny i zapotrzebowania na energię elektryczną. Niektóre współczesne układy scalone można programować, co umożliwia szybkie i tanie dopasowanie ich funkcjonalności do konkretnego zastosowania.

1. Repetytorium użytkowej elektroniki 2. Repetytorium użytkowej elektroniki - Oświetlenie LED pod szafkami 3. Repetytorium użytkowej elektroniki - Oświetlenie do piwnicy 4. Repetytorium użytkowej elektroniki - Sygnalizator zalania 5. Repetytorium użytkowej elektroniki - Zasilacz do układu audio 6. Repetytorium użytkowej elektroniki - Zasilacz warsztatowy 7. Jaką wkrętarkę wybrać? Na co zwrócić uwagę przy zakupie? 8. Rodzaje tranzystorów bipolarnych i unipolarnych 9. Jak podłączyć taśmy LED 10. Inteligentny dom - wszystko co powinieneś wiedzieć o systemach SMART HOME 11. Jak podłączyć prostownik do akumulatora (ładowanie) 12. Drukarki 3D - budowa i zasada działania 13. Jak prawidłowo zarobić kabel antenowy? 14. Jaki czujnik czadu wybrać i gdzie najlepiej zamontować? 15. Programowanie mikrokontrolerów - o czym należy wiedzieć na początek? 16. Oscyloskop cyfrowy - jaki wybrać? 17. Co to jest barometr i jak działa? 18. Jaki wykrywacz metali kupić? Na co zwracać uwagę przy wyborze? 19. Jak działa sieć 5G i jakie daje możliwości? 20. Diody LED - napięcie diod o różnych kolorach 21. Jaki kompresor samochodowy kupić? 22. Czujniki parkowania - jakie wybrać? 23. Jak ustawić antenę do odbioru naziemnej TV DVB-T? 24. Co to jest rezystor (opornik) i jak działa? 25. Jakie są typy i rodzaje bezpieczników? 26. Co to jest układ scalony i jak działa? 27. Jak zmierzyć napięcie akumulatora miernikiem? 28. Jak zarobić kabel sieciowy RJ-45? 29. Lutowanie - jak lutować kable poprawnie? 30. Arduino - co to jest i jak zacząć? 31. Raspberry pi - co to jest, do czego służy, jak zacząć? 32. Do czego służą kondensatory - zasada działania 33. Co to jest bezpiecznik i jak działa? 34. Jak dobrać i wymienić bezpiecznik? 35. Rodzaje kondensatorów, ich oznaczenia i budowa 36. Kalafonia - co to jest? do czego służy? jak używać? 37. Przewodniki prądu - co przewodzi prąd, a co nie? 38. Jaka latarka czołowa sprawdzi się najlepiej? 39. Jak działa płytka stykowa (prototypowa)? 40. Jakie ogniwa 18650 wybrać i gdzie kupić akumulatorki? 41. Jaki powerbank wybrać? Czym kierować się przy kupnie? 42. Raspberry Pi czy Arduino? Co wybrać? 43. Pierwsze Prawo Kirchhoffa - przepływ prądu w obwodzie elektrycznym 44. Rezonator kwarcowy - schemat, oznaczenia i zastosowanie 45. Drugie Prawo Kirchhoffa - bilans spadku napięć w zamkniętym obwodzie elektrycznym 46. Do czego służy przedwzmacniacz? 47. Wzmacniacze audio - schematy i działanie 48. Co to jest kinematyka? Wzory kinematyki 49. Jaka ładowarka samochodowa będzie najlepsza? 50. Woltomierz - jak podłączyć i do czego służy? 51. Zasilacz laboratoryjny - jaki wybrać, do czego służy i jak użytkować? 52. Jaki magnes neodymowy kupić? 53. Jaki dron wybrać na początek, na co zwrócić uwagę przy kupnie? 54. Jaki filament wybrać - rodzaje filamentów do drukarek 3d 55. Co to jest termistor - zasada działania, jak dobierać? 56. Lokalizator GPS do samochodu - gdzie i jak zamontować? 57. Transmiter samochodowy - jak działa? 58. Jak działa ładowarka indukcyjna i jak nią ładować? 59. Jaki oczyszczacz powietrza wybrać? 60. Silniki prądu stałego - budowa, zastosowanie i zasada działania 61. Co to jest triak - jak go sprawdzić i jak działa? 62. Co to jest tranzystor MOSFET - jak działa, jak sprawdzać? 63. Izopropanol - do czego służy i gdzie kupić? 64. Co to jest tranzystor, jak działa i za co odpowiada? 65. Co to jest Transformator i jak działa? 66. Potencjometr obrotowy - schemat, podłączenie i zasada działania 67. Fotorezystor - charakterystyka, zastosowanie i zasada działania 68. Jak dobrać rezystor do diody? 69. Co to jest Tyrystor i do czego służy? 70. Jakie kable rozruchowe wybrać do samochodu? 71. Jaki miernik grubości lakieru kupić? 72. Pomiar jakości powietrza - jak sprawdzić jakość powietrza w domu i na zewnątrz? 73. Języki programowania sterowników PLC 74. Czym jest napięcie i natężenie prądu? 75. Reguła prawej dłoni, czyli ruch przewodnika w polu magnetycznym 76. Co to jest Bluetooth i jak działa? 77. Co to jest silnik krokowy - zasada działania i przeznaczenie 78. Jaką stację pogodową wybrać? Odpowiadamy czym kierować się przy kupnie 79. Jak działa przekaźnik? 80. Sterowniki PLC co to jest? Jakie jest ich zastosowanie i budowa? 81. Radiator i wentylator - czym są i jak działają? 82. Antena samochodowa - jaką wybrać? 83. Podłączenie czujnika ruchu 84. Czujnik ruchu - zasada działania 85. Wszelakie zastosowanie druku 3D - ogromny potencjał 86. Jaką drukarkę 3D kupić? - na co zwracać uwagę przy wyborze 87. Czyszczenie elektroniki - czym czyścić sprzęt elektroniczny? 88. Wytrawianie płytek drukowanych (PCB) - wszystko co powinieneś wiedzieć! 89. Jak sprawdzić tyrystor - opis jego działania 90. Transoptory - zastosowanie i zasada działania 91. Jak działa stabilizator napięcia i do czego służy? 92. Jak wymienić bezpiecznik w samochodzie? 93. Rodzaje regulatorów napięcia 94. Dioda prostownicza - charakterystyka, oznaczenia, budowa 95. Jaki wzmacniacz dźwięku wybrać? 96. Bramki logiczne - symbole i zastosowanie 97. Jakie przewody (kable) do głośników dobrać? 98. Do czego służy myjka ultradźwiękowa oraz zasada działania. Czego nie można myć? 99. Oscyloskop - co to jest i do czego służy?
Rozwiń cały spis treści Zwiń spis treści
Firma:
Tematyka materiału: Układy scalony, tranzystor, MOSFET, CMOS, FPGA, RAM, CPU, ZAM 41, DIP, 7805
AUTOR
Udostępnij
Oceń najnowsze wydanie EdW
Wypełnij ankietę i odbierz prezent
Kursy kategorie
AI-Sztuczna Inteligencja
Aparatura
Arduino Audio Automatyka
CNC
DIY
Druk 3d
Elektromechanika Fotowoltaika
FPGA-CPLD-SPLD
GPS
IC-układy scalone
Interfejsy
IoT
Książki
Lasery
LED/LCD/OLED
Mechatronika
Mikrokontrolery (MCV,μC)
Moc
Moduły
Narzędzia
Optoelektronika
PCB/Montaż
Podstawy elektroniki
Podzespoły bierne
Półprzewodniki
Pomiary i testy Projektowanie Raspberry Pi
Retro
Komunikacja, RF
Robotyka
SBC-SIP-SoC-CoM
Sensory
Silniki i serwo Software
Sterowanie
Transformatory
Tranzystory
Wyświetlacze
Wzmacniacze
Zasilanie
UK Logo
Elektronika dla Wszystkich
Zapisując się na nasz newsletter możesz otrzymać GRATIS
najnowsze e-wydanie magazynu "Elektronika dla Wszystkich"