Hoe een geïntegreerd circuit werkt

Een oude uitspraak suggereert dat er geen slechte leerlingen bestaan, alleen slechte leraren. En als het om elektronica leren gaat, is het van vitaal belang iemand te vinden die verder kan uitleggen dan boeken, theorieën en waarden. Tijdens de editie van 2019 van de Maker Faire Bay Area deed het team van Evil Mad Scientist Labs buitengewoon werk door het uitleggen en demonstreren van de werking van de eerste commerciële geïntegreerde schakeling, de Fairchild μL914. Als je meer wilt weten over transistoren, weerstanden en hoe een geïntegreerd circuit werkt, moet je dit zien.

Als je je ooit hebt afgevraagd wat er in een geïntegreerd circuit zit, ben je niet de enige. Buiten de officiële diagrammen om is het alternatief om de chip te 'ontbloten' en onder een microscoop te leggen, een allesbehalve eenvoudige taak.

Echter, sommige experts en enthousiastelingen die de Maker Faire Bay Area bezochten (die afgelopen zondag eindigde) hebben die vraag opgepakt en omgevormd tot een geweldige educatieve sessie. Windell Oskay, Lenore Edman, Eric Schlepfer, John McMaster en Ken Shirriff bundelden hun krachten in een tentoonstelling die ons met grote precisie leert hoe een geïntegreerd circuit werkt:

Zo werkt een geïntegreerd circuit

De gekozen chip was een Fairchild μL914, en dat is geen toeval. Enerzijds is het de eerste commerciële geïntegreerde schakeling, en anderzijds maken zijn formaat en ouderdom (het werd in de jaren '60 gelanceerd) het gemakkelijker om 'open te maken', om het zo te zeggen. De μL914 is wat bekend staat als een dubbele twee-ingang NOR-poort, terwijl het in het echt op een kleine spin lijkt.

Met behulp van een klein doosje en een paar LED-lampjes is het heel eenvoudig om de werking van het circuit te demonstreren. De uitgang van een NOR-poort blijft in de 'hoge' of 'aan' positie, zolang de toestand van zijn twee ingangen 'laag' of 'uit' is. Als een van beide of beide veranderen, wordt de uitgang 'laag', waardoor het LED-lampje uitgaat. Pinnen 1 en 2 zijn de ingangen van poort A, pinnen 3 en 5 de ingangen van poort B, pinnen 7 en 6 zijn respectievelijk uitgangen A en B, pin 8 is V+, en pin 4 is aarde.

Het team slaagde erin de epoxy die de chip bedekt te verwijderen en onder de microscoop is het mogelijk om het interne ontwerp te observeren, maar dat is niet alles. Oskay toont ons in de video een plastic versie op grote schaal van een NPN-transistor, dezelfde die we in de μL914 detecteren, met verwijzingen naar zijn basis, emitter en collector.

Het beste deel is het 3D-model in acryl van de Fairchild μL914. De zes transistoren worden blootgelegd, en de 'hondenbotjes' zijn in werkelijkheid weerstanden. Pinnen 1 en 2 gaan door de weerstanden en worden verbonden met de basissen van twee transistoren. De emitters van die transistoren worden samen verbonden en gaan van daar naar pin 4, die aarde is. Hetzelfde gebeurt met de collectoren, maar hun bestemming is pin 7. En het proces herhaalt zich met de pinnen 3 en 5.

Een ander aspect om te benadrukken is dat de Fairchild μL914 redundante componenten heeft. De transistoren zijn er 6, maar er worden er maar 4 gebruikt (één staat kort, en één is 'zwevend'). Er zijn ook een paar weerstanden over.

Kortom, een fantastisch werk van dit team. Als alle elektronica zo was, zou het niet zo ingewikkeld zijn om de concepten op te nemen. Wil je meer? Aarzel dan niet om onze artikelen te lezen over circuitsimulators en de werking van servomotoren.

Officiële site: Klik hier