Transistores Miñano

 Transistores y   Circuitos Integrados Universidad Los Angeles de  Chimbote Alumno: Christian Miñano Lozano Curso: Electrónica Básica

INTRODUCCION •El primer circuito Integrado fue creado por Jack Kilby en la  empresa Texas Instruments en el año de 1959; poco mas de  una década después de la invención del transistor en los  laboratorios Bell en 1947. A finales de la década de 1960 apareció el circuito integrado  (CI), que posibilitó la fabricación de varios transistores en un  único sustrato de silicio en el que los cables de interconexión  iban soldados.  Los circuitos integrados han hecho posible la fabricación del  microordenadores y las microcomputadora. 

Transistores

 

 

Transistores

 

 

El transistor bipolar de unión (BJT)  

Emisor

Emisor

Base Colector

P

N

Colector

P

Base

­ e

­ ­­

­

I

 

Emisor

Emisor N

Base Colector P

N

Colector

Base

 

 

Base poco dopada Emisor más dopado que colector

Configuraciones del transistor Hay 4 variables que dependen el tipo de conexión:  Vsalida, Ventrada, Isalida, Ientrada. E

C

C

B

Variables:  

VBE, VCB, IE,  IC 

C

E

B

Base común

E

B

Emisor común Variables:  

VBE, VCE, IB,  IC 

Colector común Variables: VCB, VCE, IB,  IE 

Transistor de unión: amplificador IE

E

P Emisor

N Base

B

P Colecto r

IB

IC

A

C RL

D VEB

V ∆VAD = RL∆IC 

∆(­IC) = gm ∆VEB   

gm : transconductancia

ΔV AD  

ΔV EB

=R L g m

Aplicaciones: circuitos lógicos puertas AND y OR, lógica de diodos Puerta “OR” con diodos

Puerta “AND” con diodos 10 V

A

Vs Vs

B

R

R

1N914

1N914

 

 

Del vacío al CMOS 1950: Abandono de las válvulas de vacío y sustitución por  transistores individuales 1960:  Circuitos integrados en sustrato de silicio 1980: Transistores de efecto campo 1993: Tecnología CMOS

 

 

Aplicaciones: circuitos lógicos tecnología CMOS

 

  Inversor (NOT)

Aplicaciones: memorias RAM DRAM

BIT D

Se almacena un “1” en la celda cargando el condensador  mediante una VG en fila y VD en bit

S

La lectura se hace aplicando VG en fila y midiendo la  corriente en la línea bit

G

FILA

La lectura es un proceso destructivo. Hay que restaurar el  valor leído

SRAM

 

 

Aplicaciones: memorias ROM

EPROM MOSFET ROM

 

 

Aplicaciones: CCD

CMOS sensor CCD

 

 

Aplicaciones: TFT

Estructura DRAM con celda LCD i LED  

 

RGB

Circuito Integrado 



Circuito: Conjunto de conductores que  recorre una corriente eléctrica, y en el  cual hay generalmente intercalados  aparatos productores o consumidores  de esta corriente. Circuito integrado: Combinación de  elementos de circuito miniaturizados  que se alojan en un único soporte o  chip, generalmente de silicio. Fuente: Diccionario de la Real Academia  Española (www.rae.es)

Circuito Integrado 

Circuito integrado: Conjunto de  transistores y circuitos eléctricos  construidos sobre un mismo cristal. Los  circuitos integrados actuales no miden  más de un centímetro de largo y  pueden contener millones de  transistores. Fuente: Diccionario de la Real Academia  Española (www.rae.es)

Algunas Definiciones 









MSI: Medium Scale Integration, tipo de integración  de chip capaz de albergar entre 10 y 500  transistores. LSI: Large Scale Integration, tipo de integración de  chip capaz de albergar entre 1.000 y 10.000  transistores. VLSI: Very Large Scale Integration, tipo de  integración de chip capaz de albergar sobre 100.000  transistores. ULSI: Ultra Large Scale Integration, tipo de  integración de chip capaz de albergar sobre 10.000  circuitos. Hoy en día VLSI y ULSI se confunden

COMPONENTES DE UN CI: Los circuitos Integrados contienen cientos de estos componentes distribuidos  de manera ordenada; utilizando la  técnica llamada fotolitografía la cual  permite ordenar miles de componentes en una pequeña placa de silicio.  El transistor actúa como un switch . Las resistencias limitan el flujo de electricidad . Los capacitares almacenan electricidad y la liberan en un rápido impulso. Los diodos detienen la electricidad bajo alguna condición.

 

 

CARACTERISTICAS Rara vez se pueden reparar; es decir si un solo  componente de un circuito integrado llegara a fallar, se  tendría que cambiar la estructura completa; esto se debe al  tamaño diminuto y los miles de componentes que poseen. Tamaño; ya que puede contener 275, 000 transistores,  además de una multitud de otros componentes como son  transistores, diodos, resistencias, condensadores y  alambres de conexión, y medir desde menos de un  centímetro a poco mas de tres centímetros.

CLASIFICACIÒN SEGÚN NIVELES DE INTEGRACIÓN:  

SSI (Small Scale Integration) .  Se refiere a los CI con menos de 12 componentes integrados. La 

mayoría de los chips SSI utilizan resistores, diodos y transistores  bipolares integrados  Varias compuertas lógicas en un solo paquete  hacen un dispositivo  con integración a pequeña escala .   ejemplos: compuertas. 

 

 

MSI ( Medium Scale Integration) ­ 1970  Se refiere a los CI que tienen de 12 a 100 componentes  integrados por chip. comprenden la época de investigación      Ejemplos: codificadores, registros, contadores , multiplexores, de  codificadores y de multiplexores.  Estos integrados son los que se usaban en los primeros  ordenadores.

 

 

LSI (Large­Scale Integration) ­ 1971  Se refiere a CI con más de 100 componentes. Ya que toma pocos  pasos hacer un transistor MOS integrado, un fabricante puede  producir más de estos en un chip en vez de transistores bipolares.  Ejemplos: Memorias, unidades aritméticas y lógicas (alu's),  microprocesadores de 8 y 16 bits. Son utilizados para la fabricación de: los relojes de pulsera, detectores  de humos, televisores y calculadoras quedan dentro de esta categoría.  Los circuitos integrados utilizados en temporizadores de  electrodomésticos son los mismos que los empleados en los relojes  industriales, y el microprocesador 

 

 

VLSI (Very Large Scale Integration)  ­ 1980 La integración en escala muy grande de sistemas de circuitos basados en  transistores en CI que van de 10 000 a 99 999 , como parte de las tecnologías  10 000 a 99 999 de semiconductores y comunicación que se estaban desarrollando, Dan inicio a  la era de la miniaturización.  Ejemplos: Micro­procesadores de 32 bits, micro­controladores, sistemas  de adquisición de datos.         

 

 

ULSI(Ultra Large Scale Integration )

Son módulos de construcción básica de los dispositivos  electrónicos modernos, tales como radios, TV, sistemas de  telefonía, computadoras y en general productos electrodomésticos  caseros e industriales

 

 

El Primer Computador

The Babbage Difference Engine (1832) 25,000 parts cost: £17,470

Evolución Histórica

ENIAC – El Primer Computador Electrónico (1946)

Evolución Tecnológica

Circuitos Integrados (Integrated Circuits ­ IC) En un IC se implementa un circuito  electrónico completo (Resistencias,  condensadores, diodos, transistores,  etc) realizado sobre el mismo circuito  semiconductor (Substrato).

DATOS EN EL ENCAPSULADO DE UN CIRCUITO INTEGRADO

µA FABRICANTE AD        Analog Devices µA         Fairchild CR        RCA LM        National Semiconductor MC        Motorola NE/SE   Signetics OP         Precision Monolithics RC/RH  Raytheon SG          Silicon General TL          Texas Instrument

ENCAPSULADO

 74 1 I

D,P:  Plástico J, N: Cerámico M:     Metálico

 P

RANGO TEMPERATURA C:  Comercial 0ºC hasta 70ºC I:   Industrial ­40ºC hasta 85 ºC DESIGNADOR

M: Militar ­55ºC hasta 125 ºC

Nombre/función del dispositivo 741   Amplificador de propósito general 081   Amplificador entrada FET 311   Comparador rápido

DATOS EN EL ENCAPSULADO DE UN CIRCUITO INTEGRADO

6

Pin  número 1

5

1

4 2 3

Orden  para  numerar  los pines

Encapsulado típico DIL ­ 6 DIL = Dual In Line SIL = Serial In Line

Transistor 2 Transistores

2.300 Transistores

1945 1948 1958 1960 1971 ENIAC TransistorPrimer ICMOSFET Primer µP 1er Computador Lab. Bell Kilby 4004 válvulas Schokley, INTEL Brattain, Bardeen

La evolución del tamaño de los circuitos integrados  ha sido espectacular. Teniendo sus máximos de capacidad de integración,  en el mundo de la Electrónica Digital  (Microprocesadores)

42 millones de transistores 2001 Pentium IV INTEL

LOS CIRCUITOS INTEGRADOS PUEDEN  LLEGAR A TENER MUCHÍSIMOS  COMPONENTES REALIZADOS SOBRE EL  MISMO CIRCUITO INTEGRADO 

Buscando errores  sobre un esquema de  un Circuito Integrado

CIRCUITOS INTEGRADOS:  UNA AUTENTICA REVOLUCIÓN Hoy día podemos considerar a los circuitos integrados como componentes electrónicos. El diseño de aplicaciones con componentes sueltos (o discretos) (diodos, transistores, resistencias,  condensadores, etc) cada vez está mas restringido a aplicaciones muy especiales (Electrónica de potencia, muy  altas frecuencias, etc). Hoy día podemos decir que existen una variedad de  circuitos integrados "casi" específicos para nuestra  aplicación: Electrónica Analógica (amplificadores, comparadores, multiplicadores, generadores de señal, etc) Electrónica Digital (microprocesadores, conversores A/D y D/A,  etc) Comunicaciones (Emisores, receptores, etc) Electrónica de Potencia (Circuitos de control de motores, Drivers, etc) Y una multitud de ejemplos mas (solo hay que ver las páginas web de los distintos fabricantes (MOTOROLA,  TEXAS, IR, SGS, NATIONAL, etc). ES PRÁCTICAMENTE IMPOSIBLE CONOCER TODOS LOS CIRCUITOS INTEGRADOS EXISTENTES EN EL  MERCADO. DEBEMOS SABER BUSCAR EL NECESARIO PARA NUESTRA APLICACIÓN

DETALLE DE UN CIRCUITO REAL

DETALLE DE UN CIRCUITO REAL

Detalle de un circuito real

EJEMPLO TÍPICO DE CIRCUITO INTEGRADO  DE PROPÓSITO GENERAL:

DIP­8

CONCLUSIONES Los Circuitos Integrados son pequeños circuitos electrónicos que han ido  evolucionando con el paso del tiempo; ya que su funciones han crecido y su  tamaño a disminuido considerablemente; la llamada “Miniaturización”.  Los circuitos integrados han hecho posible el desarrollo de muchos nuevos  productos, como computadoras y calculadoras personales, relojes digitales y  videojuegos.  El desarrollo de los circuitos integrados ha revolucionado los campos de las  comunicaciones, la gestión de la información y la informática.  Los circuitos integrados han permitido reducir el tamaño de los dispositivos  con el consiguiente descenso de los costes de fabricación y de mantenimiento  de los sistemas. Al mismo tiempo, ofrecen mayor velocidad y fiabilidad.