تطبيقات وتصميم الدوائر المتكاملة التناظرية

تسمى الدائرة المتكاملة أيضًا بدائرة متكاملة متجانسة ورقاقة ورقاقة دقيقة ويمكن تعريف IC كمجموعة من الدوائر الإلكترونية مع الملايين من المقاومات والمكثفات والترانزستورات ومكونات أخرى مدمجة في رقاقة أشباه الموصلات أو لوحة صغيرة من مادة أشباه الموصلات ، السيليكون بشكل عام. عادةً ما تكون كل أداة كهربائية وإلكترونية نستخدمها في حياتنا اليومية بمثابة تطبيق لدوائر متكاملة. على الرغم من أن الدوائر المتكاملة تتكون من عدة مليارات من الترانزستورات ومكونات أخرى ، إلا أنها لا تزال أصغر حجمًا ومضغوطة جدًا. مع التقدم في تكنولوجيا IC يتم تقليل عرض خط التوصيل في دائرة متكاملة إلى عشرات النانومترات.

أنواع المرحلية

يوجد أنواع مختلفة من المرحلية يتم تصنيف الدوائر المتكاملة بشكل أساسي إلى نوعين مثل الدوائر المتكاملة التناظرية والدوائر الرقمية المتكاملة. في هذه المقالة كحالة خاصة نناقش تصميم وتطبيقات الدوائر المتكاملة التناظرية.

الدوائر المتكاملة التناظرية

التناظرية IC

تم تصميم الدوائر المتكاملة التناظرية بشكل أساسي باستخدام الحسابات اليدوية وأجزاء مجموعة العملية قبل اختراع المعالجات الدقيقة وأدوات التصميم الأخرى المعتمدة على البرامج. يستخدم تصميم الدوائر المتكاملة التناظرية للتصميم مكبرات الصوت التنفيذية والمنظمات الخطية والمذبذبات والمرشحات النشطة والحلقات المغلقة الطورية. إن معلمات أشباه الموصلات مثل تبديد الطاقة والكسب والمقاومة أكثر اهتمامًا بتصميم الدوائر المتكاملة التناظرية.

تصميم الدوائر المتكاملة التناظرية

تتضمن عملية تصميم IC التناظري تصميم النظام ، وتصميم الدوائر ، وتصميم المكونات ، ومحاكاة الدائرة ، ومحاكاة النظام ، وتصميم تخطيط الدائرة المتكاملة ، والتوصيل البيني ، والتحقق ، والتصنيع ، وتصحيح الجهاز ، وتصحيح أخطاء الدائرة ، وتصحيح أخطاء النظام. يمكن أتمتة تصميم IC الرقمي ، لكن تصميم الدوائر المتكاملة التناظرية صعب للغاية ، ويشكل تحديًا ، ولا يمكن أتمتة.

يتضمن التصميم العملي للدائرة المتكاملة التناظرية الخطوات التالية:

عملية تصميم الدوائر المتكاملة التناظرية

نظام مستوى الكتلة

يتم تنفيذ الأفكار بشكل أساسي لتصميم مستوى الكتلة للدائرة المتكاملة التناظرية المطلوبة. تم تصميم كتل مختلفة وربطها للحصول على نظام مستوى كتلة كامل.

دائرة مستوى المكون

بناءً على نظام مستوى الكتلة ، يتم استخدام وتوصيل مكونات مناسبة مختلفة لتشكيل دائرة على مستوى المكون. باستخدام هذه الدائرة كدائرة أساسية لتصميم IC التناظري ، يتم استخدامها في المحاكاة.

التحقق من دائرة مستوى المكون

يتم استخدام دائرة مستوى المكون للتحقق. تمت محاكاة تصميم الدائرة هذا وبناءً على نتائج المحاكاة ، يتم التحقق من دائرة مستوى المكون للدائرة المتكاملة التناظرية.

تخطيط الدوائر المتكاملة

بعد التحقق من مستوى مكون الدائرة من الدوائر المتكاملة التناظرية باستخدام المحاكاة. تم تصميم تخطيط الدوائر المتكاملة التناظرية باستخدام الترجمة المادية. وبالتالي ، تم تصميم مخطط الدائرة المتكاملة التناظرية.

تصنيع IC

يتضمن تصنيع الدوائر المتكاملة التناظرية عدة خطوات مثل إنشاء رقاقة أشباه الموصلات باستخدام مادة شبه موصلة (أو يمكن استخدام رقاقة أشباه الموصلات مباشرة). دمج مختلف المكونات الكهربائية والإلكترونية مثل المقاومات والترانزستورات وما إلى ذلك على الرقاقة وتغليف الرقاقة لتشكيل حزمة IC.

اختبار وتصحيح IC

يتم بعد ذلك اختبار الدائرة المتكاملة التناظرية وتصحيح أخطائها للتحقق من النتائج مع النتائج المقدرة. ثم تم تصميم النموذج الأولي IC واستخدامه لتوصيف الدائرة المتكاملة ويتم استخدام لوحة التقييم لتقييم الدائرة المتكاملة التناظرية.

مكبر تشغيلي تصميم الدوائر المتكاملة التناظرية

يظهر الرسم التخطيطي للدائرة على مستوى المكون لتصميم الدائرة المتكاملة التناظرية لمكبر التشغيل IC 741 في الشكل أدناه. يتكون من مقاومات وترانزستورات مدمجة على شريحة.

مخطط مستوى مكون للدائرة الداخلية التناظرية IC 741 Op-Amp

تمثل المربعات الملونة: مضخم تفاضلي أزرق محدد ، ومضخم جهد أرجواني محدد ، (مرحلة إخراج سماوي محدد ، ومغير مستوى الجهد الأخضر المبين) محددًا باللون السماوي والأخضر ، ومضخم إخراج أحمر ، ومرآة تيار أحمر.

تطبيقات الدوائر المتكاملة التناظرية

هناك أمثلة مختلفة لتصميمات الدوائر المتكاملة التناظرية مثل دوائر إدارة الطاقة ، ومضخمات التشغيل ، وأجهزة الاستشعار التي تُستخدم مع الإشارات المستمرة لأداء الوظائف مثل الترشيح النشط ، وتوزيع الطاقة للمكونات ذات الرقاقة ، والخلط ، وما إلى ذلك.

تطبيق IC التناظري للترشيح النشط

يستخدم تصميم الدوائر المتكاملة التناظرية للترشيح النشط. يستخدم مرشح نشط أو مرشح إلكتروني تناظري مكونات الإلكترونيات النشطة مثل مكبرات الصوت المستخدمة لتحسين الأداء والقدرة على التنبؤ بمرشح عن طريق تجنب المحرِّض الضخم والمكلف.

هناك تكوينات مختلفة للمرشح النشط (طبولوجيا المرشح الإلكتروني) التي تتضمن مرشح مفتاح sallen ، مرشحات متغيرة الحالة ، مرشحات متعددة للتعليقات وما إلى ذلك.

تطبيق IC التناظري لدائرة إدارة الطاقة

في تصميم الدوائر المتكاملة التناظرية (أو أي دوائر متكاملة) ، تتطلب جميع المكونات الكهربائية والإلكترونية المستخدمة والمتكاملة لتصميم الدائرة المتكاملة طاقة. يتم توزيع هذه الطاقة الكهربائية المطلوبة على مكونات الرقاقة باستخدام شبكة من الموصلات المصممة على الرقاقة. تتضمن دائرة إدارة الطاقة تحليل وتصميم هذه الأنواع من الشبكات (شبكة الموصلات) التي تستخدم لتوزيع الطاقة داخل الدائرة.

تطبيق IC التناظري لخلط التردد

يُطلق على خلاط التردد أيضًا اسم خلاط (دائرة كهربائية غير خطية) هو تصميم دائرة متكاملة تمثيلي يستخدم لخلط التردد. يمكن تعريف خلط التردد على أنه إنشاء تردد جديد من إشارتين مختلفتين مطبقتين على الدائرة. تستخدم هذه أيضًا لتحويل الإشارات من نطاق تردد إلى آخر.

تطبيق IC التناظري كمضخم تشغيلي

IC 741 Op-Amp

مكبر الصوت التشغيلي الموضح في الشكل أعلاه هو أفضل وحدة أساسية في تصميم الدوائر المتكاملة التناظرية. هناك أنواع مختلفة من مكبرات الصوت التشغيلية ولكن IC 741 Op-Amp هو الأكثر استخدامًا لمكبرات التشغيل في العديد من التطبيقات. تعد علاقة الإدخال / الإخراج البسيطة (I / O) لـ op-amp هي السبب وراء استخدام op-amp في تصميم الدوائر المتكاملة التناظرية.

حلبة توفير الطاقة بواسطة Edgefxkits.com

مشروع موفر الطاقة للصناعات والمؤسسات التجارية هو تطبيق لأحد تصميمات الدوائر المتكاملة التناظرية ، وهي IC 741 op-amp. لتقليل فقد الطاقة في الصناعات ، يتم استخدام مكثفات التحويل لتوفير تعويض عامل الطاقة. عامل القوى يمكن تعريفها على أنها نسبة القوة الحقيقية أو النشطة إلى القوة الظاهرة أو مجموع القوة النشطة و قوة رد الفعل .

مع انخفاض عامل القدرة ، هناك حاجة إلى مزيد من الطاقة لتلبية طلب الحمل. وبالتالي ستنخفض الكفاءة وستزداد التكلفة (فاتورة الطاقة). في هذا النظام ، يكون لنبضة الجهد الصفري ونبضة التيار الصفري فاصل زمني بينهما والذي يتم إنشاؤه بشكل مناسب بواسطة دارات مكبر التشغيل في وضع المقارنة. يتم تغذية هذه إلى دبابيس المقاطعة من 8051 متحكم يعرض فقد الطاقة بسبب الحمل الاستقرائي على شاشة LCD.

مخطط كتلة دائرة موفر الطاقة بواسطة Edgefxkits.com

يتم تغذية الجهد عند المحول المحتمل إلى المضخم التشغيلي الذي يعمل ككاشف عبور صفري V ، ويتم تغذية التيار في المحول الحالي إلى مضخم التشغيل الذي يعمل ككاشف عبور صفري I. يتم إعطاء مخرجات هذه المضخمات التشغيلية إلى 8051 متحكم الذي يتحكم في تشغيل المرحلات من خلال برنامج تشغيل الترحيل IC لتوصيل مكثفات التحويل في الدائرة لجعل فقدان الطاقة صفرًا.

هل تعرف تطبيقات الدوائر المتكاملة التناظرية؟ لا تتردد في مشاركة معرفتك الفنية والشكوك المتعلقة بالكهرباء و مشاريع الإلكترونيات عن طريق نشر تعليقاتك في قسم التعليقات أدناه.