در مورد آیسی ها

آی سی چیست؟  

پرتال آکاایران سایت علمی و فنون آکا بخش مقالات تخصصی علوم ، فنون و فن آوری قسمت مقالات برق - آی سی چیست؟

IC از دو کلمه انگلیسی (integrated circuit) گرفته شده که به معنی مدارهای مجتمع می باشند


مدارهای الکتریکی ازتعداد زیادی قطعه یا المان الکتریکی تشکیل می‌شدند که فضای زیادی را اشغال می کنند اختراع
مداذهای مجتمع این مشکل مدارات الکتریکی و نیز کا هش توان الکتریکی بالای آنها را جبران کرد از دیگر مزایای مدارات مجتمع سرعت بالای آن نسبت به مدارات الکتریکی است حال برای آشنایی بیشتر به بررسی یکی از این IC ها که دارای کاربرد زیادی نیز می باشد خواهیم پرداخت

IC Timer 555

یکی از پرکاربردترین آی سی هایی است که برای مصارف زیادی قابل استفاده است که دارای دقت فوق العاده زیاد و خطای کم می باشد این IC که به Timer IC

مشهور است بیشتر در مدارات ایجاد پالس با فرکانس های متفاوت استفاده می گردد البته از دیگر کاربردهای آن کنترل پهنای پالس، مدارات تایمر و فرستنده و گیرنده وغیره.... هم می توان اشاره کرد مشخصات کامل پایه های آن در شکل آمده است که در دو حالت آستابل و مونو آستابل کار می کند


در حالت مونو استابل تولید و شکل پالس توسط پایه شماره 2 قابل کنترل است و اما در حالت آستابل در صورتی که تغذیه مثبت و منفی آن که مطابق شکل در پایه های 1و4و8 (ولتاژ تغذیه این آی سی چیزی بین 5 تا 15 ولت و حداکثر 18 ولت است) واتصال خازن و مقاومت درپایه های 2و6و7 صورت پذیرد به طور خودکار و بدون تحریک پالسهای ثابتی را ایجاد می کند خروجی ای سی که می توان پالس را از آن دریافت کرد در هر دو صورت پایه شماره 3 می باشد

 

 

مدارهای مجتمع یا IC  ها

 

در طول سالهای اخیر قطعه ای به نام IC  در بازار الکترونیک ارائه شد این قطعه به نام IC   که مخفف دو کلمه Integrated circuit(مدارهای مجتمع) است.

مهمترین مشخصه آنها اندازه کوچک آنهاست به طور یکه اگر بخواهیم مداری را با استفاده از قطعات مجزا بسازیم تا کاری مطابق یک IC  را انجام دهد تفاوت اندازه به صدها تا هزارها برابر میرسد ! IC  ها از جمله قطعاتی هستند که نمیتوان آنها راتعمیر کرد و اگر فقط یکی از از هزاران اجزاء درونی آنها از کار بیفتد باید کل IC را تعویض نمود.

IC‌ها به روش های مختلف ساخته میشود تنها عامل مشخص کننده ای که هر IC چه عملکردی دارد، شماره قطعه است که بر روی آن به صورت مجموعه ای از اعداد و حروف چاپ شده است .

 

تکنولوژی ساخت IC  ها :

 

1 – تکنولوژی ( RDL(Resistor Diod Logic  :در این تکنولوژی از مقاومت و دیود به عنوان عناصر اصلی استفاده میشود .

2-تکنولوژی RTL(Resistor Transistor Logic) : از مقاومت وترانزیستور استفاده میشود .

3-تکنولوژی DTL(Diod Transistor Logic) : از دیود و ترانزیستور استفاده میشود.

4-تکنولوژی TTL   : دراین تکنولوژی از ترانزیستور استفاده میشود.

5-تکنولوژی MOS :در این تکنولوژی از ترانزیستورهایMOS FET استفاده میشود.

6-تکنولوژی CMOS: دراین تکنولوژی از ترانزیستورهای Mosfet  افزایشی استفاده میشود.

 

متداول ترین تکنولوژی برای ساخت IC ها تکنولوژی TTL و CMOS است.

 

مزایای استفاده از IC ها

 

1-قیمت بسیار پایین

2-قابلیت اطمینان

3-اندازه کوچک

4-عملکرد بهتر

 

در سیستم ها الکترونیکی دونوع IC  به کار میرود:

 

الف-IC های آنالوگ که با سیگنال های پیوسته عمل میکند.این IC  ها در مدارات مقایسه کننده ،مبدل های ولتاژ به جریان ،چند برابر کننده ها ،فیلترها و... به کار میروند.

 

ب-IC های دیجیتال یا منطقی که با سیگنال های منطقی کارمیکند این سیگنال ها دارای دو حالت بالا و پایین هستند .

این IC  ها در مدارات محاسبات ریاضی در حافظه ها ، در شمارش گرها  به کار میروند.

 

آیا می‌دانید IC ( آی سی) چیست؟ و چه انگیزه‌ای باعث اختراع IC شد؟



حروف اختصاری IC از دو کلمه انگلیسی integrated circuit به معنی مدار مجتمع گرفته شده است. پیش از اخترا ع IC ،مدارهای الکترونیکی ازتعداد زیادی قطعه یا المان الکتریکی تشکیل می‌شدند. این مدارات فضای زیادی را اشغال می‌کردند و توان الکتریکی بالایی نیز مصرف می‌کردند. و این، امکان بوجود آمدن نقص و عیب در مدار را افزایش می‌داد. همچنین سرعت پایینی هم داشتند. IC ، تعداد زیادی عناصر الکتریکی را که بیشتر آنها ترانزیستور هستند، در یک فضای کوچک درون خود جای داده است و همین پدیده است که باعث شده امروزه دستگاه‌های الکترونیکی کاربرد چشمگیری در همه جا و در همه زمینه‌ها داشته باشند.
seven segment : نمایشگر هفت قسمتی


برای نشان دادن اعداد در ساعتهای دیجیتالی ،چراغ راهنما، ماشین حساب ، ترازوی دیجیتالی و...از یک قطعه به نام seven segment یا هفت قسمتی استفاده می کنند .که اغلب به رنگ سبزو قرمزهستند. این قطعه در واقع یک IC است که دارای هفت LED (دیود نورانی) می باشد وروشن یا خاموش بودن این LED ها اعداد را به ما نشان میدهد . همان طور که در شکل زیر مشاهده می کنید اگر هرکدام از این هفت قسمت را با حروف a b c d e f g در جهت عقربه های ساعت نام گذاری کنیم، آنگاه مثلا برای نمایش عدد"1" کافیست که فقط حرفهای b وc روشن بشوند:



حال به مدار زیر دقت کنید:




اگر شما در ورودی مدار یکی از ارقام 0تا 9 را وارد کنید ، seven segment عدد شما را به صورت دیجیتالی نمایش می دهد .
ابتدا معادل دودویی (باینری ) عدد خود را بدست آورید .مثلا :

معادل باینری 8 ، 1000 می باشد .

عدد دودویی خود را از راست به چپ به ترتیب با A و B و C و D
نام گذاری می کنیم رقم A ،کم ارزش ترین ورقم D با ارزش ترین رقم است .
ما نیاز به یک IC با شماره 7447 داریم . پایه های ورودی آن مربوط به قرار دادن معادل دودویی عدد ما است .خروجی های ان نیز مانند شکل به ورودی های seven segmentمتصل می گردند .
پایه های A,B,C,D را به چهار سوئیچ متصل می کنیم .قرار گرفتن سوئیچ ها در وضعیت بالا وپایین ، صفر ویک بودن رقم مارا مشخص می کند .
IC 7447 ،یک دیکدر BCD به هفت قسمتی نام دارد این دیکدر یک عدد دهدهی به فرم BCDرا دریافت نموده وکد هفت قسمتی مربوط به آن را تولید می کند.
مدارات زیاد دیگری نیز وجود دارند که کارهای مختلفی را انجام می دهند . مثلا مداری که از عدد دلخواهی شروع به شمارش می کند ویکی یکی کم می کند تا به صفر برسد(تایمر).یا مداری که از صفر شروع به شمارش می کند ویکی یکی اضافه می کند و دارای کلید شروع و توقف می باشد (کرنومتر).

 

 

 

در مورد آیسی یا آپ امپ
تقویت کننده های عملیاتی به اختصار آپ امپ نامیده می شو ند.و به صورت مدار مجتمع در دسترس می باشند.این تقویت کننده ها از پایداری بالایی برخوردارند.، و با اتصال ترکیب مناسبی از عناصر خارجی مثل مقاومت،خازن،دیود و غیره به آنها،می توان انواع عملیات خطی و غیر خطی را انجام داد.  
 
 
 
از ویژگیهای اختصاصی تقویت کننده های عملیا تی ورودی تفاضلی و بهره بسیار زیاد است. 
 
این المان الکترونیکی اختلاف میان ولتاژهای ورودی در پای های مثبت و منفی را در خروجی با تقویت بسیار با لایی آشکار می سازد.حتی اگر این اختلاف ولتاژ کوچک نیز باشد.،آنرا به سطح قابل قبولی از ولتاژ‌ در خروجی تبدیل می کند.به شکل مداری این المان در زیر توجه کنید. 
 
این المان همواره دارای دو پایه مثبت و منفی در ورودی،این دو پایه ورودی مستلزم یک پایه در خروجی هستند. 
پایه ورودی مثبت را در اصطلاح لاتین noninverting و پایه منفی را inverting می گویند. 
 
 
نحوه عملکرد op_amp :
 
 
این المان بسته به وضعیت پایه های ورودی و خروجی دارای شرایط و عملکرد متفاوتی خواهد شد که در زیر به توضیح راجب این وضعیت ها می پردازیم. 
 
 
اگر inverting > noninverting باشد.خروجی به سمت منفی VSS اشباع می شود.منظور از منفی VSS مقدار منفی ولتاژ تغذیه آیسی است. مثلا اگر ولتاژ ورودی 5 ولت باشد و ورودی پایه منفی دارای ولتاژی بزرگتر از ورودی پایه مثبت باشد.خروجی به سمت منفی 5 ولت به اشباع می رود. 
 
 
اگر inverting < noninverting باشد.خروجی به سمت مثبت VSS اشباع می شود.مثلا اگر تغذیه آیسی 5 ولت باشد.و ورودی پایه مثبت دارای ولتاژی بزرگتر از پایه منفی باشد.خروجی به سمت مثبت 5 ولت به اشباع می رود.به شکل توجه کنید این شکل گویای همه مطالب است.همانطور که مشاهده می کنید.،هر جا که اختلاف ولتاژ ورودی مثبت باشد.خروجی به اشباع مثبت VSS می رود.و همچنین هر جا که اختلاف ولتاژ ورودی منف با شد خروجی به منفی VSS می رود. 
منظور از اختلاف ولتاژ ،اختلاف بین ورودی مثبت از منفی است.  
 
 
بدون قرار دادن فیدبک از خروجی به ورودی، ماکزیمم اشباع در خروجی با کمترین اختلاف ولتاژ‌ در پایه های مثبت و منفی ورودی بوجود می آید.در این حالت مدار شما بسیار نویز پذیر است. 
 
در حالت ایده آل منظور حالت غیر عملی است.،در این حالت op-amp ها دارای مقاومت ورودی بی نهایت تقویت سیگنال ورودی در خروجی به صورت بی نهایت و مقاومت خروجی صفر هستند. 
 
در حالت واقعی گین یا تقویت بین ولتاژ های مثبت و منفی ورودی محدود می شود. 
 
بین پایه های ورودی و خروجی آپ امپ جریانی وجود ندارد.و این تنها ولتاژ ورودی است که خروجی را کنترل می کند. 
 
 
 
 
 
 
 
 
استفاده از فیدبک در آپ امپ :
 
 
با استفاده از فیدبک می توانید میزان تقویت ولتاژ های ورودی در خروجی را تعیین کنید.فیدبک می تواند.،از خروجی به هر یک از پایه های مثبت و منفی صورت گیرد.در آپ امپ اغلب فیدبک از خروجی به پایه منفی صورت می گیرد این نوع فیدبک را فیدبک منفی یا negative feedback می نامند. 
با استفاده از فرمول زیر می توانید. میزان تقویت یا گین(gain) را در این نوع از فیدبک به راحتی محاسبه کنید. 
 
در فرمول فوق Rf همان مقاومت فیدبک است.که در شکل زیر با نام R2 و از خروجی به پایه منفی ورودی زده شده است.منظور از Rin نیز مقاومت ورودی است.،که در شکل زیر با نام R1 می باشد.  
 
 
بنابر فرمول فوق اگر Rf برابر صفر باشد دیگر تقو یتی وجود ندارد.،و GAIN برابر یک می شود.در این حالت ولتاژ خروجی برابر ولتاژ ‌ورودی است.در این وضعیت آپ امپ تنها به صورت یک بافر مجزا کننده یا ISOLATE کننده جریان ورودی از خروجی عمل می کند.شکل زیر نشان می دهد چگونه خروجی بدون استفاده از مقاومت به پایه منفی ورودی فیدبک زده شده است. 
 
 
 
 
 
 
آپ امپ در حالت مقایسه گری یا Comparator :
 
در این حالت کوچکترین اختلاف بین ولتاژ های ورودی تقویت شده و در خروجی نمایان می شود. 
در این وضعیت خروجی زمانی high یا سوییچ می شود.که مقدار ولتاژ‌ در پایه inverting یا منفی به سطح ولتاژ‌ در پایه noninverting یا مثبت برسد.این ولتاژ در شکل زیر برابر vref است. 
از این نوع مدار جهت مقایسه ولتاژ های ورودی به خصوص در سنسورها استفاده می شود. 
در این مدار به جای مقاومت R2 می توانید از پتانسیومتر جهت تعیین ولتاژ‌ Vref و تنظیم آن به صورت دلخواه استفاده کنید.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
تقویت کننده مستقیم (noninverting amplifier) :
 
 
در این حالت ورودی منفی یا inverting توسط مقاومت R1 زمین می شو د.و فیدک نیز از خروجی توسط مقاومت R2 به ورودی منفی فیدبک داده می شود.در این حالت خروجی کاملا هم فاز با ورودی خواهد بود.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
تغذیه Op-Amp :
 
 
در بعضی موارد Op-Amp ها نیاز به دو منبع تغذیه مثبت و منفی دارند. 
اگر ما مایل باشیم که تنها از خروجی مثبت آپ امپ استفاده کنیم.در واقع منظور ولتاژ های مثبت در خروجی است.در این حالت می بایست منفی Vss را به زمین متصل کنیم.ولتاژ‌ مثبت را تنها به پایه تغذیه مثبت وصل کنیم. 
در این حالت شما بایستی از دو باطری یا از یک منبع تغذیه دوتایی مثبت و منفی استفاده کنید. 
در لینک زیر می توانید.یک مدار ساده تغذیه دوبل را تجربه کنید. 
تغذیه دوبل 5 ولت 
 
نکاتی راجب به Op-Amp :
 
 
هیچگاه تغذیه مثبت و منفی آپ و امپ را به صورت معکوس وصل نکنید.،با این کار Op-Amp خواهد سوخت. 
تغذیه ورودی های مثبت و منفی می بایست.از مقادیر ورودی در پایه های inverting و noninverting بیشتر باشد.سیگنال های ورودی و خروجی را توسط خازنهای 1.0ufتا 0.1uf زمین کنید تا از تاثیر نویز در مدار خود جلوگیری کنید. 
 
در حالت ایده آل آپ امپ ها دارای مقاومت ورودی بالا و در نتیجه جریان ورودی در حد صفر و مقاومت خروجی صفر می باشند.همچنین در این حالت ولتاژ‌ در ورودی های مثبت و منفی با یکدیگر مساوی هستند. 
 
 
حالت های مختلف بستن Op-Amp :
 
راتسی ببخشید این عکس رم همینطوری اینجاست
در زیر با نحوه های مختلف بستن مدارات آپ امپی آشنا می شوید. 
 
تقویت کننده معکوس (Inverting Amplifier) :
 
 
با توجه به اینکه  زمین شده است. بنابراین  است.در حالت ایده آل  است.در نتیجه 
 
 می شود. 
 
با توجه به بالا بودن مقاومت ورودی آپ امپ در پایه منفی و با توجه به قوانین گره می توان نتیجه گرفت. 
(منظور از IZ1 جریان امپدانس یا مقاومت Z1 می باشد) 
می شود.در واقع در اینجا فرض کردیم IZ1 جریان وارد شونده به گره موجود در پایه منفی آپ امپ است.و IZ2 جریان خارج شونده از این گره است. 
با توجه به قانون اهم و جهت جریان و صفر بودن جریان ورودی در آپ امپ رابطه زیر را برای IZ1 و IZ2 داریم. 
 
 
 
 
 
 
 
با توجه به فرمول فوق و تساوی IZ1 و IZ2 رابطه زیر بدست می آید. 
 
 
در این فرمول خروجی ضریب منفی یا برعکس شده ورودی است. 
اگر مقاومت فیدبک و مقاومت ورودی یکسان باشند.،مقدار گین برابر منفی یک می شود.در این حالت آپ امپ به صورت یک بافر NOT یا معکوس عمل می کند. 
 
 
 
 
تقویت کننده مستقیم: 
 
 
در این حالت برعکس حالت قبلی تحریک آپ امپ از پایه مثبت صورت می گیرد.همانطور که در شکل زیر مشخص است. است. 
با توجه به هم پتناسیل بودن پایه های ورودی منفی و مثبت در حالت ایده آل داریم 
 
با در نظر گرفتن قانون اهم  در مورد جریان IZ2 رابطه زیر را داریم 
 
همانطور که دیدید  می باشد.در نتیجه فرمول فوق به صورت زیر ساده می شود. 
 
 
با توجه به قوانین گره و صفر بودن جریان ورودی آپ امپ در حالت ایده آل و روابط فوق رابطه زیر را داریم 
 
با ساده کردن رابطه فوق داریم 
 در این حالت خروجی مضرب مثبتی از ورودی است. 
 
 
 
 
دنبال کننده و لتاژ :
 
 
در یک آپ امپ ایده آل که به صورت زیر بسته شود.ولتاژ ورودی VS با ولتاژ خروجی برابر می شود.در این حالت به دلیل امپدانس بالای ورودی در آپ امپ ها ولتاژ خروجی با وجود برابری با ولتاژ ورودی ولی کاملا از جریان ورودی مجزا یا ایزوله شده است. 
مقدار ولتاژ‌ خروجی از فرمول زیر تبعیت می کند. 
همانطور که گفته شد.،در آپ امپ ایده آل  
 
همانطور که در نقشه ملاحظه می کنید. در این حالت جریان از پایه مثبت به پایه منفی می رود.،و از آنجا به خروجی می رود.در این حالت  می شود.و در نهایت  
 
 
 
 
تقویت کننده ولتاژ به جریان :
 
در این حالت جریان ایجاد شده در بار مقاومتی متناسب با ولتاژ ورودی است.به دلیل مقاومت ورودی بسیار بالا در آپ امپ ها می توان از جریان ورودی آپ امپ ها صرفنظر کرد.بنابراین جریان خروجی از رابطه زیر محاسبه می شود. 
  
 
 
تقویت کننده جریان به ولتاژ 
 
از این مدار جهت تقویت جریانهای خیلی کوچک در حد میکرو آمپر و تبدیل آن ها به ولتاژ های مناسب و خیل بیشتر از میکرو استفاده می شود. 
 
با استفاده از فرمول زیر می توانید.مقدار ولتاژ خروجی را محاسبه کنید. 
  
 
 
مدار نمونه با استفاده از دیود: 
 
 
 
همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید.مسیر فیدبک توسط دیود ایجاد می شود.اگر شکل موج ورودی سینوسی باشد.این شکل موج را با عبارت Vin در کنار شکل می توانید در شکل بالا مشاهده کنید.خروجی این آپ امپ در حالتی که ولتاژ ورودی در سیکل منفی باشد.،نزدیک به صفر است.که با صرفنظر کردن از این مقدار نزدیک به صفر آنرا صفر در نظر می گیرند. 
در این حالت ولتاژ های کمتر از ولتاژ هدایت دیود را از سیگنال ورودی در حالت عملی در خروجی نخواهیم داشت. 
 
 
 
 
/ 0 نظر / 554 بازدید