Jak działa układ scalony

Stare porzekadło mówi, że nie ma złych uczniów, są tylko źli nauczyciele. A gdy chodzi o naukę elektroniki, kluczowe jest znalezienie kogoś, kto potrafi wytłumaczyć coś więcej niż książki, teorie i wartości. Na targach Maker Faire Bay Area w 2019 roku zespół Evil Mad Scientist Labs wykonał znakomitą robotę, ucząc i pokazując, jak działa pierwszy komercyjny układ scalony, Fairchild μL914. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o tranzystorach, rezystorach i tym, jak działa układ scalony, koniecznie to zobacz.

Jeśli kiedykolwiek zastanawiałeś się, co znajduje się w środku układu scalonego, nie jesteś sam. Poza oficjalnymi schematami alternatywą jest „rozebranie” układu i umieszczenie go pod mikroskopem, co wcale nie jest proste.

Niektórzy eksperci i entuzjaści, którzy odwiedzili targi Maker Faire Bay Area (które zakończyły się w zeszłą niedzielę), wzięli to pytanie i zamienili je w genialną sesję edukacyjną. Windell Oskay, Lenore Edman, Eric Schlepfer, John McMaster i Ken Shirriff połączyli siły, aby w wystawie w niezwykle precyzyjny sposób pokazać, jak działa układ scalony.

Tak działa układ scalony

Wybrany układ to Fairchild μL914 i nie jest to przypadek. Z jednej strony to pierwszy komercyjny układ scalony, a z drugiej jego rozmiar i wiek (został wypuszczony w latach 60.) sprawiają, że łatwiej go „otworzyć”. μL914 to tak zwana dwuwejściowa bramka NOR, która w rzeczywistości wygląda jak mały pająk.

Za pomocą małego pudełka i kilku diod LED bardzo łatwo zademonstrować działanie układu. Wyjście bramki NOR pozostaje w stanie wysokim, czyli „włączonym”, dopóki oba jej wejścia są w stanie niskim, czyli „wyłączonym”. Jeśli jedno z nich lub oba się zmienią, wejście przejdzie w stan niski, wyłączając diodę LED. Piny 1 i 2 to wejścia bramki A, piny 3 i 5 to wejścia bramki B, piny 7 i 6 to wyjścia A i B, pin 8 to V+, a pin 4 to masa.

Zespołowi udało się usunąć epoksyd pokrywający układ, a po umieszczeniu go pod mikroskopem można zobaczyć jego wewnętrzną budowę, ale to nie wszystko. Oskay w filmie pokazuje duży plastikowy model tranzystora NPN, tego samego, który znajduje się w μL914, z oznaczeniami bazy, emitera i kolektora.

Najlepszą częścią jest trójwymiarowy model z akrylu układu Fairchild μL914. Jego sześć tranzystorów jest odsłoniętych, a „psie kości” to w rzeczywistości rezystory. Piny 1 i 2 przechodzą przez rezystory i łączą się z bazami dwóch tranzystorów. Emitery tych tranzystorów są połączone razem i stamtąd prowadzą do pinu 4, który jest masą. To samo dzieje się z kolektorami, ale ich celem jest pin 7. Proces powtarza się z pinami 3 i 5.

Kolejną rzeczą, którą warto podkreślić, jest to, że Fairchild μL914 ma zbędne komponenty. Tranzystorów jest 6, ale używane są tylko 4 (jeden jest zwarty, a jeden „pływający”). Jest też nadmiar kilku rezystorów.

Podsumowując, to wspaniała praca tego zespołu. Gdyby cała elektronika była taka łatwa do zrozumienia, przyswajanie jej koncepcji nie byłoby takie trudne. Chcesz więcej? Śmiało przeczytaj nasze artykuły o symulatorach obwodów i działaniu serwomechanizmów.

Oficjalna strona: Kliknij tutaj