В этой статье мы поговорим о микросхемах, какие типы бывают, как
устроены и где используются. Вообще, в современной электронной технике
трудно найти устройство, в котором бы не использовались микросхемы. Даже
самые дешёвые китайские игрушки задействуют различные планарные,
залитые компаундом чипы, на которые возложена функция управления. Причём
с каждым годом они становятся всё более сложными внутри, но более
простыми в эксплуатации и меньшими по размерам, снаружи. Можно сказать,
что идёт постоянная эволюция микросхем.
Фото цифровой микросхемы
Микросхема представляет собой электронное устройство или его часть
способную выполнять ту или иную задачу. Если бы потребовалось решить
такую задачу, которую решают многие микросхемы, на дискретных элементах,
на транзисторах, то устройство, вместо маленького прямоугольника
размерами 1 сантиметр на 5 сантиметров, занимало бы целый шкаф, и было
бы намного менее надежным. А ведь так выглядели вычислительные машины
ещё пол-сотни лет назад!
Электронный шкаф управления - фото
Конечно, для работы микросхемы недостаточно просто подать питание на неё, необходим еще так называемый "обвес”, то есть те вспомогательные детали на плате, вместе с которыми микросхема сможет выполнять свою функцию.
Обвес микросхемы - рисунок
На рисунке выше красным выделена сама микросхема все остальные детали - это её "обвес”. Очень часто микросхемы при своей работе нагреваются, это могут быть микросхемы стабилизаторов, усилителей,
микропроцессоров и других устройств. В таком случае чтобы микросхема не
сгорела её нужно прикрепить на радиатор. Микросхемы, которые при работе
должны нагреваться, проектируются сразу со специальной теплоотводящей
пластиной - поверхностью, находящейся обычно с обратной стороны
микросхемы, которая должна плотно прилегать к радиатору.
Фото микросхемы со стороны крепления к радиатору
Но в соединении даже у тщательно отшлифованных радиатора и пластины,
все равно будут микроскопические зазоры, в результате которых тепло от
микросхемы будет менее эффективно передаваться радиатору. Для того чтобы
заполнить эти зазоры применяют теплопроводящую пасту. Ту самую, которую
мы наносим на процессор компьютера, перед тем как закрепить на нем
сверху радиатор. Одна из наиболее широко применяемых паст, это КПТ–8.
Паста КПТ-8
Усилители на микросхемах можно спаять буквально за 1-2 вечера, и они
начинают работать сразу, не нуждаясь в сложной настройке и высокой
квалификации настраивающего. Отдельно хочу сказать про микросхемы
автомобильных усилителей, из обвеса там иногда бывает буквально 4-5
деталей. Чтобы собрать такой усилитель, при определенной аккуратности,
не требуется даже печатная плата (хотя она желательна) и можно собрать
все навесным монтажем, прямо на выводах микросхемы.
Усилитель собранный навесным монтажем
Правда, такой усилитель после сборки лучше сразу поместить в корпус,
потому, что такая конструкция ненадежна, и в случае случайного замыкания
проводов можно легко спалить микросхему. Поэтому рекомендую всем
начинающим, пусть потратить немного больше времени, но сделать печатную
плату.
Регулируемый стабилизатор напряжения на микросхеме
Регулируемые блоки питания на микросхемах - стабилизаторах даже проще в
изготовлении, чем аналогичные на транзисторах. Посмотрите, сколько
деталей заменяет простейшая микросхема LM317:
Микросхемы на печатных платах в электронных устройствах могут быть
припаяны как непосредственно, к дорожкам печати, так и посажены в
специальные панельки.
Панелька под дип микросхему - фото
Разница заключается в том, что в первом случае для того чтобы нам
заменить микросхему нам придется её предварительно выпаять. А во втором
случае, когда мы посадили микросхему в панельку, нам достаточно достать
микросхему из панельки, и её можно с легкостью заменить на другую.
Типичный пример замены микропроцессора в компьютере.
ПК Socket-478 процессора
Также, к примеру, если вы собираете устройство на микроконтроллере на
печатной плате, и не предусмотрели внутрисхемное программирование, вы
сможете, если впаяли в плату не саму микросхему, а панельку, в которую
она вставляется, то микросхему можно достать и подключить к специальной
плате программатора.
Вид платы программатора с панельками
В таких платах уже впаяны панельки под разные корпуса микроконтроллеров для программирования.
Аналоговые и цифровые микросхемы
Микросхемы выпускаются различных типов, они могут быть как аналоговыми
так и цифровыми. Первые, как становится ясно из названия, работают с
аналоговой формой сигнала, вторые же работают с цифровой формой сигнала.
Аналоговый сигнал может принимать различную форму.
Аналоговый сигнал рисунок
Цифровой сигнал это последовательность единиц и нулей, высокого и
низкого уровня сигналов. Высокий уровень обеспечивается подачей на вывод
5 вольт или напряжения близкого к этому, низкий уровень это отсутствие
напряжения или 0 вольт.
Цифровя форма сигнала рисунок
Существуют также микросхемы АЦП (аналогово - цифровой преобразователь) и ЦАП (цифро - аналоговый преобразователь)
которые осуществляет преобразование сигнала из аналогового в цифровой, и
наоборот. Типичный пример АЦП используется в мультиметре, для
преобразования измеряемых электрических величин и отображения их на
экране мультиметра. На рисунке ниже АЦП - это черная капля, к которой со
всех сторон подходят дорожки.
Фото АЦП мультиметра
Микроконтроллеры
Сравнительно недавно, по сравнению с выпуском транзисторов и
микросхем, был налажен выпуск микроконтроллеров. Что же такое
микроконтроллер?
Микроконтроллер в Dip корпусе
Это специальная микросхема, может выпускаться как в Dip так и в SMD исполнении, в память которой может быть записана программа, так называемый Hex файл.
Это файл откомпилированной прошивки, которая пишется в специальном
редакторе программного кода. Но мало написать прошивку, нужно перенести,
прошить, её в память микроконтроллера.
Программатор - фото
Для этой цели служит программатор. Как многим известно, есть много разных типов микронтроллеров - AVR, PIC и другие, для разных типов нам требуются разные программаторы. Также существует и множество программаторов,
каждый сможет найти и изготовить себе подходящий по уровню знаний и
возможностей. Если нет желания делать программатор самому, то можно
купить готовый в интернет магазине или заказать с Китая.
Микроконтроллер в SMD корпусе
На рисунке выше изображен микроконтроллер в SMD корпусе. Какие же
плюсы есть в использовании микроконтроллеров? Если раньше, проектируя и
собирая устройство на дискретных элементах или микросхемах, мы задавали
работу устройства путем определенного, часто сложного соединения на
печатной плате с использованием множества деталей. То теперь нам
достаточно написать программу для микроконтроллера, которая будет делать
тоже самое программным путем, зачастую быстрее и надежнее, чем схема
без применения микроконтроллеров. Микроконтроллер представляет собой
целый компьютер, с портами ввода - вывода, возможностью подключения
дисплея и датчиков, а также управление другими устройствами.
Фото роботов на автоматизированной линии
Конечно усовершенствование микросхем на этом не остановится, и можно
предположить, что лет через 10 возникнут действительно микросхемы от
слова "микро" - невидимые глазу, которые будут содержать
миллиарды транзисторов и других элементов, размерами в несколько атомов -
вот тогда действительно создание сложнейших электронных устройств
станет доступно даже не слишком опытным радиолюбителям! Наш краткий
обзор подошёл к концу, с вами был AKV.
Источник: http://radioskot.ru/publ/mk/mikroskhemy/9-1-0-763 |
