Comment fonctionne un circuit intégré

Un vieil adage dit que il n'y a pas de mauvais élèves, seulement de mauvais professeurs. Et pour apprendre l'électronique, il est vital de trouver quelqu'un qui sache expliquer au-delà des livres, des théories et des valeurs. Lors de la Maker Faire Bay Area 2019, l'équipe de Evil Mad Scientist Labs a fait un travail extraordinaire en enseignant et en démontrant le fonctionnement du premier circuit intégré commercial, le Fairchild μL914. Si vous voulez en savoir plus sur les transistors, les résistances et comment fonctionne un circuit intégré, vous devez voir ceci.

Si vous vous êtes déjà demandé ce qu'il y a à l'intérieur d'un circuit intégré, vous n'êtes pas le seul. Au-delà des schémas officiels, l'alternative est de « déshabiller » la puce et de la placer sous un microscope, une tâche loin d'être simple.

Cependant, certains experts et passionnés présents à la Maker Faire Bay Area (qui s'est terminée dimanche dernier) ont transformé cette question en une excellente session éducative. Windell Oskay, Lenore Edman, Eric Schlepfer, John McMaster et Ken Shirriff ont combiné leurs efforts dans une exposition qui nous apprend avec une grande précision comment fonctionne un circuit intégré.

Voici comment fonctionne un circuit intégré

La puce choisie était un Fairchild μL914, et ce n'est pas un hasard. D'une part, il s'agit du premier circuit intégré commercial, et d'autre part, sa taille et son ancienneté (lancé dans les années 60) le rendent plus facile à « ouvrir » pour ainsi dire. Le μL914 est ce qu'on appelle une porte NOR double à deux entrées, tandis que dans la réalité, il ressemble à une petite araignée :

À l'aide d'une petite boîte et de quelques LED, il est très facile de démontrer le fonctionnement du circuit. La sortie d'une porte NOR reste en position « haute » ou « allumée » tant que la condition de ses deux entrées est « basse » ou « éteinte ». Si l'une d'elles ou les deux changent, l'entrée passera en « basse », éteignant la LED. Les broches 1 et 2 sont les entrées de la porte A, les broches 3 et 5 sont les entrées de la porte B, les broches 7 et 6 correspondent aux sorties A et B, la broche 8 est V+, et la broche 4 est la masse.

L'équipe a réussi à retirer l'époxy qui recouvre la puce, et en la plaçant sous le microscope, il est possible d'observer sa conception interne, mais ce n'est pas tout. Oskay nous montre dans la vidéo une version en plastique à grande échelle d'un transistor NPN, le même que l'on trouve dans le μL914, avec des références à sa base, son émetteur et son collecteur.

La meilleure partie est le modèle 3D en acrylique du Fairchild μL914. Ses six transistors sont exposés, et les « os de chien » sont en réalité des résistances. Les broches 1 et 2 passent à travers les résistances et se connectent aux bases de deux transistors. Les émetteurs de ces transistors sont connectés ensemble, puis vont vers la broche 4 qui est la masse. Il en va de même pour les collecteurs, mais leur destination est la broche 7. Et le processus se répète avec les broches 3 et 5.

Un autre aspect à souligner est que le Fairchild μL914 possède des composants redondants. Les transistors sont au nombre de 6, mais seulement 4 sont utilisés (un est en court-circuit, et un est « flottant »). Il y a aussi deux résistances en trop.

En résumé, un travail fabuleux de la part de cette équipe. Si toute l'électronique était comme ça, il ne serait pas si difficile d'assimiler ses concepts. Vous en voulez plus ? N'hésitez pas à lire nos articles sur les simulateurs de circuits et le fonctionnement des servomoteurs.

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