Como funciona um circuito integrado

Um velho ditado afirma que não existem maus alunos, apenas maus professores. E quando o assunto é aprender eletrônica, é essencial encontrar alguém que saiba explicar além de livros, teorias e valores. Na edição 2019 da Maker Faire Bay Area, a equipe do Evil Mad Scientist Labs fez um trabalho extraordinário ao ensinar e demonstrar o funcionamento do primeiro circuito integrado comercial, o Fairchild μL914. Se você quer saber mais sobre transistores, resistores e como funciona um circuito integrado, precisa ver isso.

Se você já se perguntou o que há dentro de um circuito integrado, não está sozinho. Além dos diagramas oficiais, a alternativa é “despir” o chip e colocá-lo sob um microscópio, uma tarefa nada simples.

No entanto, alguns especialistas e entusiastas que passaram pela Maker Faire Bay Area (que terminou no domingo passado) transformaram essa pergunta em uma ótima sessão educativa. Windell Oskay, Lenore Edman, Eric Schlepfer, John McMaster e Ken Shirriff uniram esforços em uma exposição que nos ensina com grande precisão como funciona um circuito integrado:

Assim funciona um circuito integrado

O chip escolhido foi um Fairchild μL914, e não é por acaso. Por um lado, trata-se do primeiro circuito integrado comercial; por outro, seu tamanho e antiguidade (foi lançado nos anos 60) o tornam mais fácil de “abrir”, por assim dizer. O μL914 é o que se conhece como uma porta NOR dupla de duas entradas, enquanto na vida real parece uma pequena aranha:

Com a ajuda de uma pequena caixa e um par de LEDs, é muito fácil demonstrar o funcionamento do circuito. A saída de uma porta NOR se mantém em posição “alta” ou “acesa” desde que a condição de suas duas entradas seja “baixa” ou “apagada”. Se uma delas ou ambas mudarem, a entrada ficará em “baixa”, apagando o LED. Os pinos 1 e 2 são as entradas da porta A, pinos 3 e 5 as entradas da porta B, pinos 7 e 6 equivalem às saídas A e B, pino 8 é V+ e pino 4 é terra.

A equipe conseguiu remover o epóxi que cobre o chip e, ao colocá-lo sob o microscópio, é possível observar seu design interno — mas isso não é tudo. Oskay nos mostra no vídeo uma versão plástica em grande escala de um transistor NPN, o mesmo que detectamos dentro do μL914, com referências à sua base, emissor e coletor.

A melhor parte é o modelo 3D em acrílico do Fairchild μL914. Seus seis transistores ficam expostos, e os “ossos de cachorro” são, na verdade, resistores. Os pinos 1 e 2 passam pelos resistores e se conectam às bases de dois transistores. Os emissores desses transistores vão conectados juntos e, daí, se dirigem ao pino 4, que é terra. O mesmo acontece com os coletores, mas seu destino é o pino 7. E o processo se repete com os pinos 3 e 5.

Outro aspecto a destacar é que o Fairchild μL914 possui componentes redundantes. Os transistores são 6, mas apenas 4 são utilizados (um fica em curto e um “flutuante”). Também sobram um par de resistores.

Em resumo, um trabalho fabuloso por parte dessa equipe. Se toda a eletrônica fosse assim, não seria tão complicado assimilar seus conceitos. Quer mais? Não deixe de ler nossos artigos sobre simuladores de circuitos e o funcionamento de servomotores.

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