Inginerie electronică: Ce este un circuit integrat și cum funcționează?

Ingineria electronică: Ce este un circuit integrat și cum funcționează?

În lumea tehnologiei, cuvântul „inovație” poate fi folosit pentru a descrie o multitudine de lucruri, însă una dintre cele mai impresionante inovații din domeniul electronic este reprezentată de circuitul integrat. Datorită acestui produs, am reușit să trecem de la calculatoare imense și foarte costisitoare la dispozitivele electronice mici din ziua de astăzi. Mai mult decât atât, circuitul integrat este în centrul funcționării tuturor dispozitivelor electronice de zi cu zi, de la simplele telefoane mobile la calculatoarele personale sofisticate și chiar și la arduino-uri și alte proiecte electronice de hobby.

Dar ce este un circuit integrat și cum funcționează acesta?

Un circuit integrat este un microchip din siliciu care conține miile de componente electronice precum tranzistoare, diode, rezistoare, condensatoare și multe altele, integrate intr-un singur pachet compact. Prima dată s-a produs o cristal semiconductor cu configurarea unui tranzistor în anii '50. Ulterior, în curând, s-au dezvoltat mai multe componente electronice care au putut fi folosite pentru fabricarea de cipuri electronice și s-au creat circuite integrate în 1960. Aceste tipuri de circuite electronice au permis unei game largi de funcționalități electronice să fie compactate într-o singură plăcintă, făcându-le mai ușor de utilizat și mult mai portabile.

Circuitul integrat este alcătuit dintr-un substrat de siliciu, care este folosit pentru a crea un material semiconductiv. Aceste dispozitive sunt obținute prin metode complexe de fabricație, la final existând mii de componente electronice interceptate într-un strat fin de siliciu. Aceste semiconductoare sunt de obicei alcătuite din cristale de siliciu, care au fost tratate cu adaosuri ale unor elemente dopant pentru a crea zone în strat descrise prin cele două termeni, „acceptor“Ajutor” si „donator”, în funcție de atomii dopanți. Aceste zone acceptoare și donate sunt utilizate pentru a crea intrări și ieșiri în materialul semiconductiv.

Astfel, în acest proces se realizează tranzistori de tip pnp și npn. Tranzistorii au două stări principale: starea-activă (când materialul este conductiv, iar acumulatorul este acesta din urmă reprezentat de baza tranzistorului), și starea de blocare (când materialul este izolant și nu poate fi afectat de circuit). Prin gruparea într-un singur loc a tranzistorilor a două stări și integrând tot procesul într-un singur microchip se obține un circuit integrat.

Dar cum funcționează această minune a ingineriei electronice, un circuit integrat?

Deși aceste microcipuri sunt extrem de complexe, modul în care acestea funcționează poate fi simplificat prin împărțirea lor în trei categorii principale: intrări, ieșiri și câmpuri de alimentare. Intrările sunt semnalele care ajung la circuitul integrat și controlează comportamentul componentelor electronice din interiorul acestuia. Aceste componente electronice controlează apoi fluxul electric care trece prin ele, prin utilizarea a ceea ce numim câmpuri de energie sau tensiune. Ieșirile sunt semnalele care pleacă din circuitul integrat și sunt utilizate pentru a controla sau a comunica cu alte componente electronice din afara acestuia.

În interiorul circuitelor integrate sunt folosite și componente electronice numite „felii” sau „gate-uri”, care pot fi utilizate pentru a controla modul în care fluxul electric se deplasează prin microcip. Aceste împărțituri mici, de obicei făcute din oxid de siliciu sau nitrid de siliciu, sunt folosite pentru a canaliza fluxul electric și pentru a controla fluxul de electroni din componentele electronice din interiorul cipului.

Cu aceste componente electronice încorporate în microcip, dispozitivele electronice pot fi proiectate pentru a face cea mai mare parte din tipuri diferite de calcule, comunicații sau monitorizări. De exemplu, un calculator se bazează pe circuite integrate pentru a face calcule de matematică dificile, în timp ce un telefon mobil utilizează aceste dispozitive pentru a comunica prin semnalul radio.

În concluzie, un circuit integrat este o realizare impresionantă de inginerie electronică, care a fost capabil să reducă mărimea și costul calculatoarelor și dispozitivelor electronice la nivel mondial. Cu toate acestea, această realizare nu este una simplă, ci este un proces tehnologic complex, irepetabil secolul trecut, combinând cunoștințe și tehnici pentru a crea componente electronice superioare la scară mică, astăzi simțite ca o normalitate.

Câștigurile realizate de utilizarea circuitelor integrate au fost mari, îmbunătățind multe aspecte ale vieții noastre atât prin ușurința utilizării de dispozitive electronice ca de exemplu “telefoane inteligente”, cât și prin utilizarea lor în arduino-uri și alte proiecte electronice de hobby. Astfel, se poate spune că această realizare va rămâne una dintre cele mai importante în domeniul electronic pentru mulți ani de acum înainte.