Diseño y aplicaciones de circuitos integrados analógicos

Un circuito integrado también se denomina circuito integrado monolítico, chip, microchip e IC se puede definir como una colección de circuitos electrónicos con millones de resistencias, condensadores, transistores y otros componentes integrados en una oblea semiconductora o una placa pequeña de material semiconductor. .-conductor. , generalmente de silicio. Generalmente, todo aparato eléctrico y electrónico que usamos en nuestra vida diaria es una aplicación de circuitos integrados. Aunque los circuitos integrados constan de varios miles de millones de transistores y otros componentes, son de menor tamaño y muy compactos. Con los avances en la tecnología IC, el ancho de la línea conductora en un circuito integrado se reduce a decenas de nanómetros.

Existen diferentes tipos de circuitos integrados; Principalmente, los circuitos integrados se clasifican en dos tipos, como los circuitos integrados analógicos y los circuitos integrados digitales. En este artículo, como caso especial, discutimos el diseño y las aplicaciones de los circuitos integrados analógicos.

Circuitos integrados analógicos

Los circuitos integrados analógicos se diseñaron principalmente utilizando cálculos manuales y piezas de kits de procesos antes de la invención de los microprocesadores y otras herramientas de diseño dependientes del software. El diseño de circuitos integrados analógicos se utiliza para diseñar amplificadores operacionales, reguladores lineales, osciladores, filtros activos y bucles de bloqueo de fase. Los parámetros de los semiconductores, como la disipación de potencia, la ganancia y la resistencia, están más relacionados con el diseño de un circuito integrado analógico.

Diseño de circuitos integrados analógicos

El proceso de diseño de circuitos integrados analógicos incluye diseño de sistemas, diseño de circuitos, diseño de componentes, simulaciones de circuitos, simulaciones de sistemas, diseño de circuitos integrados, interconexión, verificación, fabricación, depuración de dispositivos, depuración de circuitos y depuración de sistemas. El diseño de circuitos integrados digitales se puede automatizar, pero el diseño de circuitos integrados analógicos es muy difícil, difícil y no se puede automatizar.

El diseño práctico de un circuito integrado analógico implica los siguientes pasos:

Sistema de nivel de bloque

Las ideas se implementan principalmente para generar un diseño a nivel de bloque para el IC analógico deseado. Se diseñan y conectan diferentes bloques para lograr un sistema completo a nivel de bloque.

Circuitos a nivel de componente

Basado en el sistema de nivel de bloque, se utilizan y conectan varios componentes adecuados para formar un circuito de nivel de componente. Usando este circuito como el circuito básico para diseñar circuitos integrados analógicos, se usa para simulación.

Comprobación del circuito de nivel de componente

El circuito de nivel de componente se utiliza para la verificación. Este diseño de circuito se simula y, en función de los resultados de las simulaciones, se verifica el circuito de nivel de componente del IC analógico.

Diseño de circuitos integrados

Después de la verificación del circuito a nivel de componente del circuito integrado analógico mediante simulaciones. El diseño de los circuitos integrados analógicos se diseña utilizando la traducción física. Así, se diseña una configuración de circuito integrado analógico.

fabricación de circuitos integrados

La fabricación de circuitos integrados analógicos implica varios pasos, como crear una oblea de semiconductor utilizando material semiconductor (o directamente se puede usar una oblea de semiconductor). Integra diferentes componentes eléctricos y electrónicos como resistencias, transistores, etc. en la oblea y empaque el chip para formar un paquete IC.

Probar y depurar IC

Luego, el IC analógico se prueba y se depura para cualquier verificación de los resultados con los resultados estimados. A continuación, se diseña y utiliza un IC prototipo para caracterizar el IC y la placa de evaluación se utiliza para evaluar el IC analógico.

Diseño de circuito integrado analógico de amplificador operacional

El diagrama de circuito a nivel de componente de un diseño de circuito integrado analógico del amplificador operacional IC 741 se muestra en la siguiente figura. Consiste en resistencias y transistores integrados en un chip.

Los cuadros de colores representan: el amplificador diferencial azul subrayado, el amplificador de voltaje magenta subrayado (la etapa de salida cian subrayada y el cambiador de nivel de voltaje verde subrayado) el amplificador de salida cian y verde subrayado, el espejo de corriente rojo subrayado.

Aplicaciones de circuitos integrados analógicos

Hay varios ejemplos de diseños de circuitos integrados analógicos, como circuitos de administración de energía, amplificadores operacionales y sensores que se utilizan con señales de CC para realizar funciones como filtrado activo, distribución de energía para componentes con chip, mezcla, etc.

Aplicación de circuito integrado analógico para filtrado activo.

El diseño de IC analógico se utiliza para el filtrado activo. El filtro activo o el filtro electrónico analógico utiliza componentes electrónicos activos, como amplificadores, que se utilizan para mejorar el rendimiento y la previsibilidad de un filtro al evitar el inductor voluminoso y costoso.

Hay diferentes configuraciones de filtro activo (topología de filtro electrónico) que incluye filtro de llave de habitaciónfiltros de variables de estado, múltiples filtros de retroalimentación, etc.

Aplicación de IC analógico para circuito de administración de energía

En el diseño de circuitos integrados analógicos (o cualquier circuito integrado), todos los componentes eléctricos y electrónicos utilizados e integrados para diseñar el circuito integrado requieren energía. Esta energía eléctrica requerida se distribuye a los componentes en el chip utilizando una red de conductores diseñada en el chip. Los circuitos de administración de energía incluyen el análisis y diseño de esos tipos de redes (red de conductores) que se utilizan para distribuir energía en el circuito.

Aplicación de circuito integrado analógico para mezcla de frecuencia

El mezclador de frecuencia, también conocido como mezclador (circuito eléctrico no lineal), es un diseño de circuito integrado analógico que se utiliza para mezclar frecuencias. La mezcla de frecuencias se puede definir como la creación de una nueva frecuencia a partir de dos señales diferentes aplicadas al circuito. Estos también se utilizan para mover señales de un rango de frecuencia a otro.

Aplicación del circuito integrado analógico como amplificador operacional

El amplificador operacional que se muestra en la figura anterior es el mejor módulo fundamental en el diseño de circuitos integrados analógicos. Hay diferentes tipos de amplificadores operacionales, pero IC 741 Op-Amp es el amplificador operacional más utilizado en muchas aplicaciones. La relación simple de entrada/salida (E/S) del amplificador operacional es la razón para usar el amplificador operacional en el diseño de circuitos integrados analógicos.

El proyecto de ahorro de energía para industrias y establecimientos comerciales es una aplicación de uno de los diseños de circuitos integrados analógicos, a saber, el amplificador operacional IC 741. Para reducir la pérdida de energía en las industrias, se utilizan condensadores en derivación para compensar el factor de potencia. El factor de potencia se puede definir como la relación entre la potencia real o activa y la potencia aparente o la suma de la potencia activa y reactiva.

Cuando el factor de potencia disminuye, se requiere más energía para satisfacer la demanda de carga. Por lo tanto, la eficiencia disminuirá y el costo (factura de electricidad) aumentará. En este sistema, el pulso de voltaje cero y el pulso de corriente cero tienen un desfase de tiempo entre ellos que es generado apropiadamente por circuitos amplificadores operacionales en modo comparador. Estos se alimentan a los dos pines de interrupción del microcontrolador 8051 que muestra la pérdida de energía debido a la carga inductiva en la pantalla LCD.

El voltaje en el transformador de potencial se envía al amplificador operacional que actúa como detector de cruce por cero V, y la corriente en el transformador de corriente se envía al amplificador operacional que actúa como detector de cruce por cero I. Las salidas de estos op -Los amperios se alimentan al microcontrolador 8051 que controla la actuación del relé a través de un IC controlador de relé para conectar condensadores de derivación en el circuito para eliminar cualquier pérdida de energía.

¿Conoces las aplicaciones de los circuitos integrados analógicos? Siéntase libre de compartir sus conocimientos técnicos y dudas sobre proyectos eléctricos y electrónicos publicando sus comentarios en la sección de comentarios a continuación.