Układy scalone
Każde urządzenie elektroniczne, którego używamy na co dzień, takie jak telefony komórkowe, laptopy, tablety, wzmacniacze audio, komputery, telewizory i wszystkie inne urządzenia elektryczne i elektroniczne, są projektowane i budowane z prostymi lub bardziej złożonymi obwodami. Obwody elektroniczne są zbudowane przy użyciu wielu elementów elektrycznych i elektronicznych połączonych ze sobą przez łączenie przewodów lub ścieżek przewodzących w celu przepływu prądu elektrycznego przez wiele elementów obwodu, takich jak rezystory, kondensatory, cewki indukcyjne, diody, tranzystory i tyrystory. Obwody można podzielić na różne typy w oparciu o różne kryteria, takie jak sposób połączeń: obwody szeregowe i obwody równoległe; w oparciu o rozmiar i proces wytwarzania obwodu: układy scalone i układy dyskretne; oraz na podstawie sygnału wykorzystanego w obwodzie: układy analogowe i układy cyfrowe. W tym artykule przedstawiono rodzaje układów scalonych, które są najczęściej stosowane we współczesnej elektronice.
Cyfrowe układy scalone TTL i CMOS
Układy scalone, które działają tylko na kilku zdefiniowanych poziomach napięcia, zamiast działać na wszystkich poziomach amplitudy sygnału, nazywane są cyfrowymi układami scalonymi i są zaprojektowane przy użyciu wielu cyfrowych bramek logicznych, multiplekserów, zatrzasków, przerzutników i innych elementów elektronicznych. Bramki logiczne pracują z wykorzystaniem logiki dwustanowej, gdzie stan niski (,,zero”) oznacza brak sygnału, a stan wysoki (,jeden”) oznacza obecność sygnału. W oparciu o cyfrowe układy kombinacyjne i sekwencyjne, powstały mikroprocesory.
Analogowe układy scalone
Układy scalone, które działają w ciągłym zakresie amplitudy sygnału, nazywane są analogowymi układami scalonymi. Są one podzielone na liniowe układy scalone oraz układy scalone o częstotliwości radiowej. W rzeczywistości zależność między napięciem a prądem może w niektórych przypadkach być nieliniowa w dużym zakresie ciągłego sygnału analogowego.
Mieszane układy scalone
Układy scalone, które są uzyskiwane przez połączenie analogowych i cyfrowych układów scalonych w jednej obudowie, nazywane są układami mieszanymi. Te układy scalone działają jako przetworniki cyfrowo-analogowe, przetworniki analogowo-cyfrowe, a także jako układy scalone generatorów sygnału zegarowego.
Komparatory
Układ scalony komparatora to w zasadzie wzmacniacz operacyjny z otwartą pętlą ujemnego sprzężenia zwrotnego. Zadaniem komparatora jest porównywanie napięcia podawanego na jedno z dwóch wejść z napięciem wzorcowym podawanym na drugie z wejść. W zależności od wyniku pomiaru, komparator wystawia na wyjściu stan logiczny niski lub wysoki.
Przełączniki półprzewodnikowe
Przełączniki lub przełączające układy scalone są zaprojektowane przy użyciu tranzystorów i są używane do wykonywania operacji przełączania, zwykle z wysoką częstotliwością.
Wzmacniacze audio
Wzmacniacze audio to jeden z wielu typów układów scalonych, które są używane do wzmacniania sygnału dźwiękowego. Są one zwykle używane w systemach nagłaśniających, sprzęcie RTV, a także we wzmacniaczach do instrumentów muzycznych.
Wzmacniacze operacyjne
Wzmacniacze operacyjne są często używanymi układami scalonymi, podobnymi do wzmacniaczy audio używanych do wzmacniania dźwięku. Nazwa “wzmacniacz operacyjny” wywodzi się z tego, że są to układy scalone, które mogą są realizować wykonywanie różnych operacji matematycznych na fizycznych sygnałach elektrycznych. Struktura wewnętrzna wzmacniacza operacyjnego może się opierać na tranzystorach bipolarnych (np. LM358) lub na tranzystorach J-FET (np. TL082). Wzmacniacz operacyjny może wykonywać odejmowanie i dodawanie sygnałów, całkowanie i różniczkowanie, mnożenie sygnałów, a także pracować jako komparator napięcia lub generator sterowany napięciowo (VCO).
Generatory
Popularnym przykładem specjalizowanych układów scalonych są generatory. Przykładem takiego układu scalonego jest LM555. Jest to układ czasowy, który może pracować w trzech trybach, tj. jako generator pojedynczego impulsu o czasie trwania zależnym od stałej czasowej obwodu czasowego RC, jako generator astabilny lub jako przerzutnik bistabilny. Przykładowym zastosowaniem generatorów jest dostarczanie sygnału zegarowego taktującego cykle maszynowe mikrokontrolera.