Continuando con la publicación anterior, vamos a ver la revolución tecnológica del anterior siglo, con la familia de componentes más versátil. Estos se basan en los semiconductores y con ellos, podremos modificar, procesar o tratar una señal, a nuestro antojo, de acuerdo a nuestras necesidades e incluso programar el funcionamiento.
Circuitos Integrados.
Un circuito integrado (CI), o también conocido como chip, es una estructura semiconductora donde se fabricados bastantes transistores, diodos, resistencias y condensadores. Es decir, pequeños circuitos encapsulados en una sola pieza.
Es por eso que un Circuito Integrado se puede usar como un amplificador, como oscilador, como temporizador, como contador, como memoria, o microprocesador, por ejemplo. Un Circuito Integrado especial, se puede clasificar como lineal o como digital, todo dependerá de cuál sea su aplicación.
Un poco de Historia…
Al poco tiempo de aparecer en el mercado el transistor, al intentar diseñar ordenadores de gran complejidad, enseguida se vio que se necesitaba cada vez un mayor número de transistores, por lo que reducir su tamaño se convirtió en una prioridad.
Algunos científicos empezaron a pensar que la solución pasaba por hacer todo el circuito y sus componentes (transistores, resistencias, condensadores e interconexiones entre ellos) en una única pieza de semiconductora. Pensaron acertadamente que si todos los elementos del circuito se pudieran hacer en un solo bloque, todas las partes se podrían hacer mucho más pequeñas, con lo que se podrían realizar equipos electrónicos de gran complejidad, de tamaños compactos y fiables en su funcionamiento.
Esta idea del Circuito Integrado la tuvieron, de manera independiente y casi simultánea, dos científicos de dos empresas rivales: Jack Kilby (Texas Instrument) y Robert Noyce (Fairchild Semiconductors).
El 12 de septiembre, Kilby ya había construido un prototipo y en febrero del año siguiente, Texas Instruments presentó una patente del mismo, al que denominó "Circuito Sólido".
En enero de 1959, Robert Noyce, tenía ideas parecidas a las de Kilby, y en cómo conectar los elementos entre sí, aspecto que Kilby había dejado de lado en su invención. A la idea de Noyce la denominaron "Circuitos Unitarios" y también solicitaron una patente.
A partir de ahí, el Circuito Integrado experimentó un desarrollo sin precedentes en los siguientes años, impulsado principalmente por el programa espacial y la industria militar de los EEUU. En efecto, en 1961 Fairchild Semiconductors comercializó su primer Circuito Integrado, que se instaló en las calculadoras del ejército de los EEUU y en 1962, Texas Instrument comercializó el suyo, que se instaló en aviones de la fuerza aérea.
Con el tiempo, se fue aumentando exponencialmente el número de transistores en un Circuito Integrado, gracias al gran desarrollo que ha experimentado su proceso de fabricación. La tecnología microelectrónica ha incorporado procedimientos que recuerdan parcialmente a la fabricación en cadena de los automóviles, de manera que sobre una única oblea semiconductora de silicio (foto inferior), se replican simultáneamente un gran número del mismo circuito completo. Este procedimiento consiste en esencia en la impresión de múltiples patrones geométricos en la superficie del silicio, que permiten definir cada uno de los dispositivos que lo integran, seguido de un depósito selectivo de diversos materiales aislantes y conductores, para interconectar adecuadamente entre sí los distintos componentes del Circuito Integrado.
Arriba, en la imagen de la izquierda, oblea de silicio de 30 cm. de diámetro, en la que cada cuadrado es un Circuito Integrado completo, y a la derecha, imagen de un transistor Bipolar (1 nm = 0,000000001m)
La reducción del tamaño de los Circuitos Integrados, y el desarrollo de la tecnología de su fabricación, tiene consecuencias, tanto en costes como en prestaciones. Si los Circuitos Integrados se fabricaran de forma individual, su precio sería prohibitivo, pero actualmente permite abaratar los costes unitarios drásticamente, de forma que si un transistor costaba a finales de los años 50 del orden de 100 € (a precios actuales), hoy día los Circuitos Integrados más complejos, con miles de millones de transistores en su interior, tienen unos precios del orden de 1000 €, con lo que el coste de cada transistor es insignificante.
Pero todo ello, tiene “ciertos” límites en la miniaturización. Para empezar, La Ley de Moore, nos dice que, aproximadamente cada dos años, se duplica el número de transistores en un Circuito Integrado.
Además, los componentes disponibles para integrar tienen ciertas limitaciones:
Resistencias. 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 muchas veces híbridos. En general no se integran.
Tipos de Circuitos Integrados
Actualmente en el mercado existen infinidad de Circuitos Integrados, y con prestaciones muy específicas o muy genéricas. Es por eso mismo, que los fabricantes suelen incluir o publicar en sus webs, para la mayor parte de circuitos integrados, una documentación o manual de información de cómo utilizarlos (datasheet).
Las hojas del fabricante, además indican ciertas características propias de cada componente. Entre otras características, nos pueden indicar, voltaje máximo al que se puede conectar, temperatura máxima y mínima puede soportar, temperaturas de trabajo, corriente máxima con la que se puede alimentar y mínima que puede entregar, etc.
En ocasiones, incluso podemos encontrar diagramas de la construcción interna del Circuito Integrado y ejemplos de aplicación:
Dentro de los Circuitos Integrados, podemos hacer muchas clasificaciones, según su finalidad, nivel de integración, etc. Esta podría ser una posible clasificación, en cuanto al nivel de integración de transistores:
SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: compuesto de entre 10 a 100 transistores
MSI (Medium Scale Integration) medio: compuesto de entre 100 a 1.000 transistores
LSI (Large Scale Integration) grande: compuesto de entre 1.000 a 10.000 transistores
VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande: compuesto de entre 10.000 a 100.000 transistores
ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande: compuesto de entre 100.000 a 1.000.000 transistores
GLSI (Giga Large Scale Integration) giga grande: compuesto de entre más de un millón de transistores
Otra posible clasificación podría ser según su finalidad:
Amplificadores Operacionales:
Un amplificador operacional es un tipo de dispositivo electrónico diseñado con el fin de transferir, así como de modificar la respuesta del mismo. Estos aparatos están constituidos por un circuito interno el cual posee tres conexiones: dos de entrada y una de salida.
Amplificadores de Audio:
Los circuitos integrados de amplificador de audio son dispositivos que aumentan, controlan y amplifican la potencia o amplitud de las señales de audio, para hacer que el sonido sea más alto y de calidad superior. Los circuitos integrados de amplificador de audio son útiles porque pueden reducir considerablemente el tamaño de los dispositivos de amplificación, lo que hace posible crear una amplificación sofisticada con un paquete pequeño. A diferencia de los amplificadores de potencia, no son dispositivos independientes y se aplican en sonido para automóviles, televisores, teclados electrónico, etc.
Circuitos Temporizadores:
son circuitos de sincronización estándar para la industria, capaces de producir oscilación o retardos precisos. Se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones que abarcan desde juguetes electrónicos, procesos industriales, o hasta usos de experimentación casera. Tal vez el más conocido y usado sea el temporizador 555, que se introdujo en 1971 por la compañía Signetics Corporations y lo llamaron 'IC la Máquina del Tiempo'. Han pasado casi 50 años de esto y aún sigue teniendo vigencia demostrando su gran versatilidad y fácil adaptación en multitud de aplicaciones.
Circuitos Conmutadores:
Son circuitos destinados a transmitir una señal, binaria o analógica, a una determinada línea, elegida mediante un seleccionador, de entre las diversas líneas existentes. Sería la versión integrada equivalente a un conmutador mecánico.
Circuitos Comparadores:
Los comparadores, en general, tienen dos entradas y una salida. El comparador ideal tiene una salida constante. La entrada se compara con la referencia y la salida toma un valor, dependiendo de dichas entradas.
Circuitos Lógicos:
Un Circuito Lógico es aquel que maneja la información dos niveles lógicos de voltaje fijos, en forma de "1" (nivel alto o "high") y "0" (nivel bajo o "low"). Puede ser cualquier circuito que se comporte de acuerdo con un conjunto de reglas lógicas. Los circuitos lógicos, forman la base de cualquier dispositivo en el que se tengan que seleccionar o combinar señales de manera controlada. Entre los campos de aplicación de estos tipos de circuitos pueden mencionarse la conmutación telefónica, las transmisiones por satélite y el funcionamiento de las computadoras digitales. En este ámbito, podemos encontrar la puertas lógicas siguientes:• Puerta Lógica Igualdad (función igualdad) • Puerta NO o NOT (negación). • Puerta O o OR (función suma) • Puerta AND (función multiplicación) • Puerta NOR (función suma invertida) • Puerta NAND (función producto invertido)
Otra posible clasificación sería según la señal que han de tratar:
Circuitos Analógicos:
Son circuitos electrónicos que trabajan con señales analógicas, es decir, que trabajan con corrientes y tensiones que varían continuamente de valor en el transcurso del tiempo, como la corriente alterna (C.A.) o de valores que siempre tienen el mismo valor de tensión y de intensidad, como la corriente continua (C.C.). En estos casos hablamos de electrónica analógica.Circuitos Digitales:
Son circuitos electrónicos que trabajan con señales digitales, es decir que trabajan con valores de corrientes y tensiones eléctricas que solo pueden poseer dos estados en el transcurso del tiempo. Hay o no hay corriente o tensión, por eso este tipo de electrónica siempre es binaria (2 dígitos, el 0 y el 1). El valor 1 suele estar asociado al valor máximo de tensión o corriente y el 0 al valor mínimo o a su ausencia. Dentro de esta sección, entran desde las puertas lógicas, hasta las memorias y microprocesadores.En próximas publicaciones, veremos un poco mas en detalle los circuitos integrados mas relevantes.
Y aquí tienes la publicaciones anteriores, por si os perdisteis alguna:
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© Se permite reproducción total o parcial de este contenido, siempre y cuando se reconozca la fuente de información utilizada y se incluya el enlace a este artículo.
Equipo Xanur©2020.
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