CIRCUITOS INTEGRADOS
Objetivo
El objetivo principal es que el alumno al finalizar este informe entienda el conceptos sobre la electrónica y las sus diferentes aplicaciones que contienen. Este informe nos ayudara a conocer las diferencias que existen entre cada uno de los diferentes Circuitos integrados y Reconocerá que roll ocupan en la electrónica y en la industria así como sus funciones, características y aplicaciones que existen También podrá entender la operación que tiene estos complejos dispositivos electrónicos No obstante el estudiante reconocerá y aplicara las formas de manipulación de los Circuitos integrados en los circuitos electrónicos así como también adquirirá los conocimientos necesarios que a la hora de hacer el mantenimiento de un sistema electrónico y asu vez pueda mediante un Análisis Periódico ;
comprenderá las diferentes fallas que suelen tener los tiristores , para posteriormente aplicar dichos conocimientos en las diferentes prácticas de la escuela, así como también en la industria.
Introducción
Más tarde, la integración de circuitos fue conceptualizada por el científico de radares Geoffrey W.A. Dummer (1909-2002), que estaba trabajando para la Royal Radar Establishment del Ministerio de Defensa Británico, a finales de la década de los 1940s y principios de los 1950s.
El primer CI fue desarrollado en 1958 por el ingeniero Jack Kilby (1923-2005) pocos meses después de haber sido contratado por la firma Texas Instruments. Se trataba de un dispositivo de germanio que integraba seis transistores en una misma base semiconductora para formar un oscilador de rotación de fase.
En el año 2000 Kilby fue galardonado con el Premio Nobel de Física por la contribución de su invento al desarrollo de la tecnología de la información.
Los circuitos integrados se encuentran en todos los aparatos electrónicos modernos, como automóviles, televisores, reproductores de CD, reproductores de MP3, teléfonos móviles,computadoras,etc.
El desarrollo de los circuitos integrados fue posible gracias a descubrimientos experimentales que demostraron que los semiconductores pueden realizar algunas de las funciones de las válvulas de vacío.
La integración de grandes cantidades de diminutos transistores en pequeños chips fue un enorme avance sobre el ensamblaje manual de los tubos de vacío (válvulas) y fabricación de circuitos utilizando componentes discretos.
La capacidad de producción masiva de circuitos integrados, su confiabilidad y la facilidad de agregarles complejidad, impuso la estandarización de los circuitos integrados en lugar de diseños utilizando transistores discretos que pronto dejaron obsoletas a las válvulas o tubos de vacío.
Existen dos ventajas importantes que tienen los circuitos integrados sobre los circuitos convencionales construidos con componentes discretos: su bajo costo y su alto rendimiento. El bajo costo es debido a que los CI son fabricados siendo impresos como una sola pieza por fotolitografía a partir de una oblea de silicio, permitiendo la producción en cadena de grandes cantidades con una tasa de defectos muy baja. El alto rendimiento se debe a que, debido a la miniaturización de todos sus componentes, el consumo de energía es considerablemente menor, a iguales condiciones de funcionamiento.
Definición de Circuito
integrado
La fabricación de estos es compleja, ya que tienen una alta integración de componentes en un espacio muy reducido, en ocasiones llegando a sermicroscópicos, clasificándose en dos grandes grupos, lo analógicos y los digitales
Tipos de Circuito integrado
Circuitos monolíticos
Los circuitos integrados monolíticos se construyen sobre una plaquita de silicio, denominada sustrato, generalmente de tipo P. Se configura como una unidad inseparable que forma una estructura única, cuyos componentes van formándose simultáneamente, y que no puede ser dividida sin destruir de forma irreversible su función eléctrica. El proceso de fabricación está basado en la técnica planar, vista anteriormente, pudiéndose distinguir en él varios apartados: la preparación de las máscaras fotográficas, la elaboración del circuito y, por fin, el encapsulado y verificación.
Circuitos híbridos de capa fina
Circuitos híbridos de capa fina: Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero, además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica. Muchos conversores A/D y conversores D/A se fabricaron en tecnología híbrida hasta que los progresos en la tecnología permitieron fabricar resistores
Atendiendo al nivel de integración - número de componentes - los circuitos integrados se clasifican en:
- SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: de 10 a 100 transistores
- MSI (Medium Scale Integration) medio: 101 a 1.000 transistores
- LSI (Large Scale Integration) grande: 1.001 a 10.000 transistores
- VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande: 10.001 a 100.000 transistores
- ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande: 100.001 a 1.000.000 transistores
- GLSI (Giga Large Scale Integration) giga grande: más de un millón de transistores
- En cuanto a las funciones integradas, los circuitos se clasifican en dos grandes grupos:
- Circuitos integrados analógicos.
Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta dispositivos completos como amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio completos.
- Circuitos integrados digitales.
Pueden ser desde básicas puertas lógicas (Y, O, NO) hasta los más complicados microprocesadores o micro controladores.
Éstos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de un sistema. En general, la fabricación de los CI es compleja ya que tienen una alta integración de componentes en un espacio muy reducido de forma que llegan a ser microscópicos. Sin embargo, permiten grandes simplificaciones con respecto los antiguos circuitos, además de un montaje más rápido.
Limitaciones de los Circuito integrados
Existen ciertos límites físicos y económicos al desarrollo de los circuitos integrados. Básicamente, son barreras que se van alejando al mejorar la tecnología, pero no desaparecen. Las principales son:
Disipación de potencia
Los circuitos eléctricos disipan potencia. Cuando el número de componentes integrados en un volumen dado crece, las exigencias en cuanto a disipación de esta potencia, también crecen, calentando el sustrato y degradando el comportamiento del dispositivo. Además, en muchos casos es un sistema de realimentación positiva, de modo que cuanto mayor sea la temperatura, más corriente conducen, fenómeno que se suele llamar "embalamiento térmico" y, que si no se evita, llega a destruir el dispositivo. Los amplificadores de audio y los reguladores de tensión son proclives a este fenómeno, por lo que suelen incorporar protecciones térmicas.Los circuitos de potencia, evidentemente, son los que más energía deben disipar. Para ello su cápsula contiene partes metálicas, en contacto con la parte inferior del chip, que sirven de conducto térmico para transferir el calor del chip al disipador o al ambiente. La reducción de resistividad térmica de este conducto, así como de las nuevas cápsulas de compuestos de silicona, permiten mayores disipaciones con cápsulas más pequeñas.
Los circuitos digitales resuelven el problema reduciendo la tensión de alimentación y utilizando tecnologías de bajo consumo, como CMOS. Aun así en los circuitos con más densidad de integración y elevadas velocidades, la disipación es uno de los mayores problemas, llegándose a utilizar experimentalmente ciertos tipos de criostatos. Precisamente la alta resistividad térmica del arseniuro de galio es su talón de Aquiles para realizar circuitos digitales con él.
Capacidades y auto-inducciones parásitas
Este efecto se refiere principalmente a las conexiones eléctricas entre el chip, la cápsula y el circuito donde va montada, limitando su frecuencia de funcionamiento. Con pastillas más pequeñas se reduce la capacidad y la autoinducción de ellas. En los circuitos digitales excitadores de buses, generadores de reloj, etc, es importante mantener la impedancia de las líneas y, todavía más, en los circuitos de radio y de microondas.
Límites en los componentes
Los componentes disponibles para integrar tienen ciertas limitaciones, que difieren de sus contrapartidas discretas.
· Resistores. Son indeseables por necesitar una gran cantidad de superficie. Por ello sólo se usan valores reducidos y en tecnologías MOS se eliminan casi totalmente.
· Condensadores. Sólo son posibles valores muy reducidos y a costa de mucha superficie. Como ejemplo, en el amplificador operacional μA741, el condensador de estabilización viene a ocupar un cuarto del chip.
· Inductores. Se usan comúnmente en circuitos de radiofrecuencia, siendo híbridos muchas veces. En general no se integran.
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Caracteristicas
El circuito integrado 555 es uno de los integrados mas utilizados en el mundo de la electrónica por su bajo costo y su gran fiabilidad y es capaz de producir pulsos de temporización (modo monoestable) muy precisos y que también puede ser usado como oscilador (modo astable). Fue desarrollado y construido en el año 1971 por la empresa Signetics con el nombre: SE555/NE555 y se lo llamó: "The IC Time Machine" ("Circuito integrado la máquina del tiempo")
Según quien sea lo fabrique lo podemos encontrar marcado con una designación tal como LM555, NE555, LC555, MC1455, MC1555, SE555, CA555, XR-555, RC555, RM555, SN72555.
Aplicaciones
- Oscilador
- Temporizador
- Modulador de frecuencia
- Divisor de frecuencia
- Generador de señales rectangulares y triangulares
Circuito interno
El circuito interno del integrado 555 tiene 20 transistores , 15 resistencias y 2 diodos dependiendo esto del fabricante
Terminales del Temporizador 555
Pin 1- Tierra o masa: ( Ground ) Conexión a tierra del circuito (a polo negativo de la alimentación).
Pin 2- Disparo: ( Trigger ) En este pin es donde se establece el inicio del tiempo de retardo, si el 555 es configurado como monostable. Este proceso de disparo ocurre cuando este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentación. Este pulso debe ser de corta duración, pues si se mantiene bajo por mucho tiempo la salida se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra vez.
Pin 3- Salida: ( Output ) Aquí estará el resultado de la operación del temporizador, ya sea que este funcionando como monostable, astable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje será igual a Vcc menos 1.7 Voltios. Esta salida se puede poner a 0 voltios con la ayuda del pin 4 (reset).
Pin 4- Reset: Si este pin se le aplica un voltage por debajo de 0.7 voltios, entonces la patilla de salida 3 se pone a nivel bajo. Si esta patilla no se utiliza hay que conectarla a Vcc para evitar que el 555 se resetee.
Pin 5- Control de voltaje: ( Control ) El voltaje aplicado a la patilla # 5 puede variar entre un 40 y un 90% de Vcc en la configuración monostable. Cuando se utiliza la configuración astable, el voltaje puede variar desde 1.7 voltios hasta Vcc. Modificando el voltaje en esta patilla en la configuración astable causará que la frecuencia del astable sea modulada en frecuencia (FM). Si este pin no se utiliza, se recomienda ponerle un condensador de 0.01uF para evitar las interferencias.
Pin 6- Umbral: ( Threshold) Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555 y se utiliza para poner la salida (Pin 3) a nivel bajo bajo.
Pin 7- Descarga: ( Discharge ) Utilizado para descargar el condensador externo utilizado por el temporizador para su funcionamiento.
Pin 8- Vcc: Este es el pin donde se conecta el voltaje positivo de la alimentación que puede ir desde 4.5 voltios hasta 16 voltios (máximo). En las versiones militares de este integrado puede llegar hasta los 18 Voltios.
Circuito Integrado L293D
El integrado L293D incluye cuatro circuitos para manejar cargas de potencia media, en especial pequeños motores y cargas inductivas, con la capacidad de controlar corriente hasta 600 mA en cada circuito y una tensión entre 4,5 V a 36 V.
Los circuitos individuales se pueden usar de manera independiente para controlar cargas de todo tipo y, en el caso de ser motores, manejar un único sentido de giro. Pero además, cualquiera de estos cuatro circuitos sirve para configurar la mitad de un puente H.
El integrado permite formar, entonces, dos puentes H completos, con los que se puede realizar el manejo de dos motores. En este caso el manejo será bidireccional, con frenado rápido y con posibilidad de implementar fácilmente el control de velocidad.
Diagrama simplificado
Las salidas tienen un diseño que permite el manejo directo de cargas inductivas tales como relés, solenoides, motores de corriente continua y motores por pasos, ya que incorpora internamente los diodos de protección de contracorriente para cargas inductivas.
Las entradas son compatibles con niveles de lógica TTL. Para lograr esto, incluso cuando se manejen motores de voltajes no compatibles con los niveles TTL, el chip tiene patas de alimentación separadas para la lógica (VCC1, que debe ser de 5V) y para la alimentación de la carga (VCC2, que puede ser entre 4,5V y 36V).
Las salidas poseen un circuito de manejo en configuración "totem-pole" (término en inglés que se traduce como "poste de tótem", nombre que, gráficamente, nos remite a un "apilamiento" de transistores, como las figuras en los famosos totems indígenas).
En esta estructura, unos transistores en configuración Darlington conducen la pata de salida a tierra y otro par de transistores en conexión seudo Darlington aporta la corriente de alimentación desde VCC2. Las salidas tienen diodos incorporados en el interior del chip para proteger al circuito de manejo de potencia de las contracorrientes de una carga inductiva.
Circuito
Integrado regulador
7805
78xx es la denominación de una familia de reguladores de tensión positiva, de tres terminales, Vi voltaje de entrada, Vo voltaje de salida y la pata central la masa o común, con especificaciones similares y que sólo difieren en la tensión de salida suministrada y en la corriente que es capaz de dar ante una demanda de ello depende las letras que intercala detrás de los dos primeros digitos:
78xx (sin letra): 1 amperio
78Lxx: 0,1 A
78Mxx: 0,5 A
78Txx: 3 A
78Hxx: 5 A (híbrido)
78Pxx: 10 A (híbrido)
Especiales:
78S40: Regulador de conmutación
La tensión de salida varía entre 5 y 24 voltios dependiendo del modelo y está especificada por los dos últimos dígitos.
Por ejemplo, el 7805 entrega 5V de corriente continua. El encapsulado en el que usualmente se lo utiliza es el TO220, aunque también se lo encuentra en encapsulados pequeños demontaje superficial y en encapsulados grandes y metálicos (TO3).
La tensión de alimentación debe ser un poco más de 2 volts superior a la tensión que entrega el regulador y menor a 35 volts. Usualmente soporta corrientes de hasta 1A aunque diversos modelos hay en el mercado. El dispositivo posee como protección un limitador de corriente por cortocircuito, y además, otro limitador por temperatura que puede reducir el nivel de corriente. Estos integrados son fabricados por numerosas compañías, entre las que se encuentran National Semiconductor, Fairchild Semiconductor y STMicroelectronics.
La serie de reguladores de tensión positiva 78xx se complementa con la 79xx, que entrega tensiones negativas, en sistemas donde se necesiten tanto tensiones positivas como negativas, ya que la serie 78xx no puede ser usada para regular tensiones negativas.
El ejemplar más conocido de esta serie de reguladores es el 7805, que provee 5V, lo que lo hace sumamente útil para alimentar dispositivos TTL.
Las características estándar de los principales modelos son las encontradas en la siguiente tabla.
La serie 78TXX soporta una corriente de hasta 3A[1] y la serie 78MXX soporta solo hasta 0.5A.[2]
Regulador de voltaje 7805 para su diseño
El 7805 es el regulador de voltaje más común, y muy usado en diseños empotrados. El 7805 es un regulador lineal hecho por varios fabricantes como “Fairchild”, o “ST Microelectronics”. Puede venir en varios tipos de encapsulados. Para corrientes de salida hasta de 1A existen dos tipos de encapsulados: TO-220 (vertical) y D-PAK (horizontal).
Con un disipador apropiado esos tipos de reguladores LM78xx pueden proporcionar corrientes de más de 1A. Además incluyen protección por sobrecarga térmica, y contra cortocircuitos.
Si su diseño no excede los 100 mA de consumo puede elegir un regulador del tipo LM78L05. El mismo viene en presentaciones pequeñas y puede entregar corrientes de hasta 100 mA. Se consigue en tres principales tipos de encapsulados: SO-8, SOT-89 y TO-92.
A continuación se presenta una tabla de todos los reguladores LM78XX, sus tensiones de salida y rangos de tensiones de entrada
Existen también reguladores de tensiones negativas que trabajan de la misma manera. Vienen marcados como LM79xx.
Obtener corrientes mayores.
Existen diversas formas de extraer una corriente mayor de un regulador integrado, pero la mayor parte de estos tiene algún inconveniente. El circuito que vemos es sencillo de realizar y los componentes son fáciles de encontrar en los comercios del ramo:
· C1: Los diferentes valores se pueden obtener por asociación en paralelo.
· La tensión de salida depende del regulador que utilicemos.
· R1, R2 y R3 son de 5W de potencia.
· Si el regulador y Q1 están en el mismo disipador, estarán protegidos térmicamente.
Resumen:
Los circuitos integrados son un agrupamiento de de resistencias,
diodos y transistores fabricados de un material semiconductor (generalmente
silicio) denominado sustrato, que comúnmente recibe el nombre de chip (circuito
integrado). El chip se encuentra dentro de un receptáculo plástico o
cerámico del cual se extienden pines para conectar el CI con otros
dispositivos.
Tipos de circuitos integrados
·
Bipolares: Son los que están fabricados de con transistores
bipolares (NPN y PNP). De los cuales se destacan la familia TTL (Logica
Transistor Transistor) y ECL (Logica Acoplada en Emisor)
·
Unipolares: Son los que utilizan Transistores Unipolares de efecto de
campo (MOSFET de canal N o P). De los cuales se destaca la familia de
MOS (Semiconductor Oxido Metal) PMOS,(MOS tipo -p) NMOS (MOS tipo
-n) y CMOS (MOS Complementario).
Clasificación
·
Circuitos integrados analógicos: Simples transistores y
encapsulados.
·
Circuitos integrados digitales: Diversas puertas lógicas (AND,
OR, NOT).
Dentro de los Circuitos integrados digitales se destacan:
·
SSI Small Scale Intregration: Contiene menos de 13 compuertas.
·
MSI Medium Scale Intregration: Contiene de 13 a 100
compuertas.
·
LSI Large Scale Intregration: Contiene de 100 a 1000
compuertas.
·
VLSI Very Large Scale Intregration: Contiene mas de 1000
compuertas.
Limitaciones de los Circuitos Integrados.
Existen diversas limitaciones para los circuitos integrados:
·
Disipación de Potencia: Al aumentar la potencia aumenta la disipación de
calor, el cual algunos dispositivos no soportan tanto calor, dando lugar a que
se estropeé un componente.
·
Capacidades y Auto inducciones parásitas: Muchas
limitaciones en cuanto a sus conexiones en las placas.
·
Limites de los Componentes: Algunos componentes son mas grandes que el
mismo circuito integrado (Resistencias, condensadores).
Tipos de circuitos Integrados
·
Comparador ( LM741, LM311...) .Se emplea para comparar el nivel de dos
señales.
·
Regulador de tensión (7805, 7806, 7809...) . Se utiliza cuando es
necesario obtener una tensión continua a partir de la tensión alterna de la red
eléctrica .
·
Temporizador (555) . Permite controlar el tiempo que un dispositivo está
encendido .
Biografía
http://es.slideshare.net/brayanroca/circuito-integrado-11989943
http://circuitosintegrados123.blogspot.mx/p/clasificacion.html
https://www.youtube.com/watch?v=m0nza32BRl8
https://perezcastillar.wikispaces.com/file/view/CIRCUITOS+INTEGRADOS.pdf
http://www.ie.itcr.ac.cr/rsoto/TTL%20Data%20Book%20y%20mas/MANUAL_TTL_esp.pdf
http://oasis.cisc-ug.org/zhunetutoriales/cuarto/CIRCUITOS%20INTEGRADOS%20DIGITALES.pdf
https://www.youtube.com/watch?v=I1JWTs1652c
http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado#Tipos
Link de Diario
https://docs.google.com/document/d/1RmXbczhUjX0XFbMD51NqcY9TxCYDQ1vc9nv-cw6LkO4/edit?usp=sharing
