В далёком детстве, разбирая очередной картридж от Dendy или Sega, я искренне считал, что маленькие, чёрные квадратики и прямоугольники, расположенные на текстолите на металлических ножках – это не что иное, как «чипы», в которых и базируется сама игра. Как оказалось, я не был далёк от истины. Однако только спустя годы, значительно повзрослел, я познал всю суть чипов, которые на самом деле оказались «интегральными схемами (микросхемами)».
Транзистор, конденсатор, резистор и диод – это дискретные (отдельные) элементы радиоэлектроники, расположенные в электросхемах. Они так же изготавливаются по отдельности заводом-изготовителем. Каждый элемент является, по сути, отдельно взятым, полноценным компонентом электросхемы со своим функционалом.
В сравнении с дискретными элементами, Интегральные схемы (ИС) – это инженерное чудо, настоящий триумф мысли, который появился только во второй половине XX века, в связи с ростом технологий.
ИС – это полноценные, миниатюрные электронные схемы, размещаемые на кристаллах полупроводников. Внутри такой ИС, закованной в пластиковый корпус, могут находиться сотни миниатюрных резисторов, диодов, конденсаторов и, конечно же, транзисторов. Именно благодаря такой плотности, достигнутой исключительно путём машинной сборки, можно в два-три маленьких корпуса (чипа) вместить весь функционал ламповых компьютеров прошлого столетия.
Впрочем, интегральные схемы, как правило, всё-таки не могут полноценно функционировать отдельно друг от друга. Всё же ИС , по отдельности– это как бы «кирпичики», из которых выстраиваются современные, сверхсложные схемы. Связывая несколько таких «кирпичиков» друг с другом, мы можем получить на выходе любое готовое устройство.
Единственный минус ИС – это внутренние неполадки внутри интегральной схемы, которые практически всегда означают дорогостоящую замену.
Функционал ИС определяется тем, как и в какой последовательности, соединены между собой внутренние элементы, внутри корпуса.
В современной радиоэлектронике интегральные схемы можно как впаивать в виде отдельных элементов схемы, так и вставлять в заранее заготовленные разъёмы на плате.
Красивые, белые, металлические «ножки», упомянутые в начале статьи — это не что иное, как выводы, при помощи которых обеспечивается как подача электрического тока на ИС, так и отдача полезного функционала интегральной системы для общей работы всей электросхемы.
Чаще всего ИС изготавливаются в корпусах с двумя рядами выводов по бокам. В технической среде, эти корпуса называются «DIP» или, если раскрывать термин, раскрывают суть двухрядных выводов в самом названии: «dual-in-line pin». «Ножек» может быть самое разное количество, однако чаще всего встречаются 8-28 выводные корпуса (впрочем, есть и 40-выводные «многоножки»).
За всё время существования современной радиоэлектроники, промышленностью выпущены тысячи таких интегральных схем: используемых от военных нужд, до «участия» в суперкомпьютерах. Впрочем, на бытовом уровне, радиолюбитель, скорее всего, столкнётся со стандартизированными микросхемами, которые производят компании, далёкие от какой-то спецификации и ориентированные исключительно на бытовые нужды.
Тем не менее, все ИС можно разделить на две большие подкатегории: линейные и цифровые.
Линейные интегральные схемы предназначены для работы с теми электросхемами, в которых применяются изменяющиеся напряжения. Эти же электросхемы называют ещё «аналоговыми». К примеру, усилитель электрогитары и является аналоговой схемой и широко применяется в музыкальной среде.
Цифровые интегральные схемы предназначенные для работы с электросхемами, в которых применяется два уровня напряжения. Эти электросхемы ещё называют «цифровыми».
Описать принцип действия цифровой схемы сложнее.
Основа цифровой схемы – это ввод и применение данных в двоичном коде (высокий и низкий уровни сигнала; параметр 0 или 1; включить или выключить и многое другое). Но на данном этапе саморазвития, всё, что нам нужно знать – это то, что в зависимости от линейной или цифровой схемы, должны использоваться ИС, предназначенные именно для такого типа схем («спасибо Кэп», — скажете вы, но это действительно важно знать).
За очень редким исключением, в мире бытовой электроники и домашних компьютеров, встречаются смешанные схемы, содержащие и аналоговую и цифровую составляющую.
Для удобства, производители наносят на интегральные схемы уникальный цифровой код, позволяющий не запутаться в этом многогранном мире (например, «4017» или «7400»). Зная данный код, можно всегда досконально узнать свойства микросхемы, заглянув в глобальную сеть за техническими характеристиками. Чаще всего, данный код располагается на корпусе ИС и хорошо виден исследователю и невооружённым взглядом.
Помимо цифирного кода, на корпуса чёрного цвета может наноситься и другая информация: маркировка даты изготовления; номер, согласно каталогизации фирмы-изготовителя и многое другое. Однако именно цифровой код – это основа основ, а прочую информацию можно и «упустить», как малозначимую.
Так как Интегральные Схемы – это большая совокупность более маленьких компонентов, то немудрено, что по своей природе ИС требуют большого количества контактов, в сравнении даже с транзисторами «о четырёх ногах». Каждый вывод ИС выполняет свою уникальную функцию. Расположение функций на выводах называется «цоколевкой» или, говоря проще, схемой расположения выводов.
Цоколевку на каждую ИС так же важно и нужно изучать в интернете перед помещением на общую электросхему, по коду, чтобы не запутаться при самостоятельном ремонте и не припаять ИС «шиворот навыворот».
Каждому выводу присевается конкретная цифра (отсчёт по порядку, против часовой стрелки, начиная с верхнего левого угла). Тем не менее, для дополнительного контроля, производители наносят на верхнюю часть ИС специальный «ключ» (выемку или значок), с левой стороны которого и начинается отсчёт.
На графических, принципиальных схемах, присоединение интегральных схем указывается двумя способами: в виде контуров с пронумерованными ножками-выводами; в виде простого графического отображения, в случае которого нужно самостоятельно искать цоколевку.
Можно смело утверждать: внутренний мир Интегральных Схем (или, как иногда говорят, интегральных микросхем) полностью постижим только узкопрофильными специалистами. Нам, простым обывателям, важен именно результат работы (функционал ИС). Однако даже знание такого термина, как цоколевка и значительно расширит ваш кругозор, и поднимет ваш авторитет в глазах настоящих профессионалов. А при хорошем раскладе, позволит самостоятельно починить какой-либо дорогостоящий прибор.