مدارهای مجتمع (IC) در الکترونیک – علیرضا محمودی فرد

طبق گزارش فرا اقتصاد بین الملل، مدارهای مجتمع، یکی از پرکاربرترین قطعات در صنعت الکترونیک هستند؛ با طراحی این واحدها که مبتنی‌بر ترانزیستورها هستند، تحول بزرگی در طراحی و ساخت بردهای الکترونیکی ایجاد شد.

مقدمه

واحدهای مجتمع، یا مدارهای مجتمع، یا مدارهای یکپارچه و یا واحدهای یکپارچه (Integrated Circuits یا IC)، یکی از دستاوردهای برجسته مهندسی الکترونیک در قرن بیستم هستند. این فناوری به‌طور چشم‌گیری اندازه، وزن و هزینه دستگاه‌های الکترونیکی را کاهش داده و در عین‌حال عملکرد و قابلیت اطمینان را افزایش داده است. ICها به‌قدری در زندگی روزمره ما ظاهر شده‌اند که به‌سختی می‌توان دستگاه‌های روزمره را بدون آن‌ها تصور کرد. هر IC از تعداد زیادی ترانزیستور در ابعاد بسیار کوچک، ساخته می‌شود.

تعریف IC

IC یا مدار مجتمع، به مجموعه‌ای از اجزای الکترونیکی که بر روی یک قطعه نیمه‌هادی (عموماً سیلیکون) ترکیب شده‌اند، اطلاق می‌شود. این اجزا شامل مقاومت‌ها، خازن‌ها، سلف‌ها، ترانزیستورها و دیودها هستند که به‌طور همزمان و در یک فرآیند تولید واحد مونتاژ می‌شوند.

تاریخچه و توسعه

توسعه ICها به دهه ۱۹۶۰ برمی‌گردد؛ یکی از نخستین ICها توسط «جک کیلی بی» و «موسس لاهوپ» طراحی شد؛ در این دوره، به‌دلایل مختلفی، از جمله کاهش هزینه تولید و کاهش اندازه، ICها به‌سرعت در صنایع مختلف مورد پذیرش قرار گرفتند.

با پیشرفت در فن‌آوری‌های تولید، ICها چنان به پیشرفت خود ادامه دادند، که اکنون می‌توان تراشه‌هایی با میلیاردها ترانزیستور را در ابعاد بسیار کوچک ایجاد کرد. روند اصلی در توسعه ICها «قانون مور» است که پیش‌بینی می‌کند تعداد ترانزیستورها در یک IC هر دو سال تقریبا دو برابر می‌شود.

انواع IC

ICها به‌طور کلی به دو دسته تقسیم می‌شوند:

ICهای آنالوگ: این ICها برای پردازش سیگنال‌های آنالوگ، طراحی شده‌اند؛ از جمله کاربردهای آن‌ها می‌توان به تقویت‌کننده‌ها، نوسان‌سازها و فیلترها اشاره کرد.

ICهای دیجیتال: این ICها برای پردازش داده‌های دیجیتال، طراحی شده‌اند و شامل واحدهای منطقی، میکروکنترلرها، حافظه‌ها و پردازنده‌ها هستند.

کاربردهای IC

ICها در طیف وسیعی از برنامه‌ها و فناوری‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله:

مدارهای قدرت: در منابع تغذیه و کنترل موتور.

سیستم‌های محاسباتی: مانند کامپیوترها و گوشی‌های هوشمند.

مدارهای ارتباطی: در دستگاه‌های ارتباطی تلفن همراه و سیستم‌های بی‌سیم.

مدارهای حسگر: در تجهیزات پزشکی و سیستم‌های خودرویی.

مزایای ICها

کاهش هزینه: به‌دلیل تولید انبوه و کاهش اندازه.

بهبود عملکرد: کاهش زمان و جابجایی سیگنال‌ها.

اعتمادپذیری بالا: کمتر بودن تعداد اتصالات و لنزهای موجود در تجهیزات سنتی.

معایب ICها

نگهداری دشوار: در صورت خرابی، تعمیر آن‌ها می‌تواند دشوار باشد.

حساسیت به دما: ICها نسبت به دماهای شدید، آسیب‌پذیر هستند.

محدودیت در طراحی: در برخی موارد، خواص فیزیکی ICها ممکن است مانع از ایجاد طراحی‌های خاص شود.

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

مدارها یا واحدهای مجتمع (IC) به‌عنوان قلب و روح سیستم‌های الکترونیکی مدرن عمل می‌کنند. با پیشرفت فناوری و افزایش تقاضا برای دستگاه‌های هوشمند، ICها به‌طور مداوم تحت تحقیق و توسعه قرار دارند. انتظار می‌رود که اختراعات آینده در این زمینه، منجر به طراحی‌های نوآورانه و عملکرد بهتر ICها شوند، که این امر می‌تواند انقلابی در دنیای الکترونیک، مخابرات و فناوری اطلاعات و ارتباطات ایجاد کند. با توجه به تنوع و کاربردهای گسترده ICها، درک عمیق از این فناوری ضروری است، تا بتوان به بهینه‌سازی و توسعه فناوری‌های نوین ادامه داد.

علیرضا محمودی فرد – مدرس آزمایشگاه مدارهای الکتریکی و اندازه‌گیری الکتریکی و کارشناس تحقیق و توسعه شرکت فنی و مهندسی آریا اندیشه صنعت اکسین