لقد أحدثت الدارات المتكاملة ثورة في عالم التقنية والإلكترونيات بسبب
لقد أحدثت الدارات المتكاملة ثورة في عالم التقنية والإلكترونيات بسبب:
صغر حجمها الذي يتراوح ما بين 1 مم2– 200 ملليمتر.لقد أحدثت الدارات المتكاملة ثورة في عالم التقنية والإلكترونيات بسبب أنها صغيرة الحجم، أصبح عالمنا الآن ممتلئ بالكثير من الأجهزة الإلكترونية، التي تعتبر الدارات المتكاملة أو Integrated Circuits وهي اختصار IC، جزء رئيسي في مكوناتها باختلاف أنواعها.
تعمل الدارات أو الدوائر المتكاملة كمعالجات دقيقة، مكبر صوت، ذاكرة كمبيوتر ومذبذبات إلكترونية، لتوليد الإشارات الكهربائية.
ظهرت الدوائر المتكاملة في الجيل الخمسينيات من القرن الماضي، عندما بدأ مهندس الكهرباء الأمريكي جاك كيلبي، الذي كان يخدم في الجيش خلال هذه الفترة، في طرح فكرة أشباه الموصلات.
تحديداً في عام 1957، قام كيلبي بتقديم فكرة الدارات، التي تتكون من رقائق سيراميك صغيرة، داخل كل طبقة مكون واحد، ثم تطورت تدريجياً فأصبحت ما نطلق عليها موصلات أو دارات متكاملة اليوم.
في عام 1959، قدم المهندس الأميركي جاك كيلبي، طلباً بالحصول على براءة اختراع لدوائر إلكترونية متكاملة، من هنا جاء اختصار IC، أي اختصاراً للمصطلح الإنجليزي Integrated Circuits. [1] [2]
تعريف الدارات الإلكترونية ومكوناتها
الدارات الإلكترونية هي شرائح إلكترونية صغيرة الحجم، عبارة عن طبقة رقيقة من المكونات التالية:- الصمامات الكهربائية ثنائية المسار Diodes.
- المقاومات الكهربائية Resistors.
- الترانزستور Transistor.
- المكثفات Capacitors.
- مجموعة من الأسلاك المعقدة أو المتشابكة داخل سطح من السيلكون.
تطبيقات واستخدامات الدارات المتكاملة
- الأجهزة المنزلية الإلكترونية مثل الميكروويف.
- الأجهزة الطبية.
- أنظمة الملاحة والرادارات.
- الروبوتات والأجهزة الصناعية.
- الأجهزة بدون طيار.
- أجهزة التحكم في الحرارة.
- الدرونز أو طائرات بدون طيار.
- الآلات الحاسبة.
- الساعات الذكية.
- صنع إشارات السكك الحديدية.
- الهواتف المحمولة.
- أجهزة التلفزيون والأنظمة الترفيهية.
- الحواسيب واللاب توب.
أنواع وتصميمات الدارات الإلكترونية IC
- دارات متكاملة رقمية Digital integrated circuit.
- دارات متكاملة تناظرية Analog integrated circuit.
- دوائر متكاملة خطية Linear integrated circuit.
- دارات متكاملة لموجات الراديو Radio Frequencies ICs integrated circuit.
- دوائر متكاملة مختلطة Mixed integrated circuit.
- الدوائر المتكاملة المتجانسة Monolithic circuit.
- الدوائر المتكاملة بالأغلفة الرقيقة Thin-Film IC والسميكة Thick-film IC.
دارات متكاملة رقمية Digital integrated circuit: من أنواع الدارات الإلكترونية، الدوائر الرقمية المستخدمة في تصنيع أجهزة وشبكات الكمبيوتر، بجانب المعالجات الدقيقة وشرائح الذاكرة والوصول العشوائي والقراءة ROM وRAM، لأنها دارات تعمل في مستويات محددة، وليس بشكل عام.
دارات متكاملة تناظرية Analog integrated circuit: هي دوائر كهربائية تعمل على الإشارات المستمرة، وليست في نطاق محدد مثل النوع الرقمي، تتكون هذه الدوائر من عدد قليل من الترانزستور، هذا النوع من الدارات يستخدم في المكبرات الصوتية.
دوائر متكاملة خطية Linear integrated circuit: الدارات المتكاملة الخطية تندرج كنوع من أنواع الدارات التناظرية circuit Analog، سميت بالدارات الخطية بسبب العلاقة بين الجهد والتيار، قد تكون خطية أو غير خطية.
دارات متكاملة لموجات الراديو Radio Frequencies ICs integrated circuit: هي أيضاً نوع من أنواع الدوائر التناظرية، سميت بهذا الاسم بسبب العلاقة غير الخطية، التي تجمع بين الجهد والتيار الكهربائي.
دوائر متكاملة مختلطة Mixed integrated circuit: هي الدارات أو الدوائر الإلكترونية، التي تجمع ما بين خصائص الدارات الرقمية والتناظرية، داخل رقاقة واحدة، حيث يعتمد عمل هذا النوع من الدوائر المتكاملة على التحويل من الطاقة التناظرية إلى الرقمية، أو العكس من الرقمية إلى التناظرية.
بسبب صغر حجمها، أحدثت الدارات المتكاملة ثورة في عالم التقنية والإلكترونيات، وتالياً نستعرض أهم أنواعها العامة وهي:
الدوائر المتكاملة المتجانسة Monolithic circuit: هي الدارات المتكاملة، التي تكون مكوناتها على سطح واحد مصنوع من السيليكون، من أشهر الأجهزة التي تستخدم هذا النوع من الدارات، مكبر الصوت، تتميز الدوائر المتجانسة بالكثير من المميزات وايضاً لديها بعض العيوب وهذا ما نوضحه تالياً:
مميزات الدوائر المتكاملة المتجانسة:
- صغيرة الحجم وخفيفة الوزن.
- سريعة التصنيع ورخيصة الثمن.
- تسمح بتكوين إشارات كهربائية صغيرة.
- جميع المكونات داخلية، أي جسم الرقاقة أو الدارة خال من البروز.
الدوائر المتكاملة بالأغلفة الرقيقة Thin-Film IC والسميكة Thick-film IC: هي الدارات أو الدوائر الإلكترونية، المستخدمة في الأجهزة التي تحتاج إلى طاقة كهربائية أعلى، على عكس الدارات المتجانسة التي تتطلب طاقة أقل وإشارات صغيرة الحجم.
الدوائر المحاطة بأغلفة رقيقة أو سميكة، أكبر من الدوائر المتجانسة، ولكل نوع منهم مميزات وطريقة تصنيع معينة. [1] [4]
خصائص الدوائر المتكاملة
- التكوين.
- الحجم.
- الاستخدام.
الحجم: لقد أحدثت الدارات المتكاملة ثورة في عالم التنقية والإلكترونيات بسبب أنها صغيرة الحجم، حيث يتراوح حجم الدارات ما بين 1 مم2– 200 مم أو أكثر.
الاستخدام: الدارات تستخدم كمعالجات أو واجهة أو ذاكرة، للكثير من الأجهزة الإلكترونية، حيث تتميز الدوائر المتكاملة أنها تجمع الكثير من الأجهزة على شريحة واحدة. [3]
تعلم الدوائر الالكترونية من الصفر
- تصنع الرقائق الخاصة بالدارات المتكاملة من أنابيب السيلكون.
- ثم يتم تسخين الرقائق، حتى يتم تغليفها بثاني أكسيد السيليكون.
- كما يتم تكوين طبقة خارجية قوية مقاومة للضوء من خلال استخدام الإشعاعات فوق البنفسجية.
- بعد ذلك يتم استخدام مادة كيميائية، لإزالة بعض الخصائص المقاومة للضوء، ايضاً لصنع الأنواع N وP من السيليكون.
- الآن مرحلة التسخين بغازات غير صافية أي تحتوي على بقايا وشوائب.
- يتم اختبار جودة الدارات من خلال الكمبيوتر.
- توضع الدارات المتكاملة الكهربائية بعض اختبارها في حاويات بلاستيكية.
سلبيات وايجابيات استخدام الدارات المتكاملة في الأنظمة الإلكترونية
- سلبيات الدارات المتكاملة.
- إيجابيات الدارات المتكاملة.
سلبيات الدارات المتكاملة:
- بعض أنواع الدارات قد تكون باهظة الثمن.
- قد تتعرض للتلف إذا تم التعامل معها بشدة أو طريقة استخدام غير مطلوبة.
- قدرات طاقة منخفضة، معظم أنواع الدارات IC، لا تزيد لكن من الممكن أن تقل عن 10 وات.
- لا يوجد إمكانية لدمج المحولات مع الملف أو المحثات الكهربائية داخل دارات ال IC.
- صغيرة الحجم، توجد جميع المكونات الخاصة على سطح أو شريحة واحدة.
- لا يوجد وصلات خارجية يتم توصيلها بالمكونات الداخلية، خفيفة الوزن واقتصادية السعر.
- تستهلك مقدار طاقة قليل.
- مرنة من الممكن أن تعمل داخل درجات حرارة مرتفعة.
- تتميز الدارات سرعة تشغيل جيدة.
- جميع العناصر المكونة لها بداخلها دون نتوء أو بروز خارجي على السطح.
- السيليكون المصنوع منه الرقاقات المتكاملة يمنع حدوث أي شرود للإشارات الكهربائية. [1]
