آی سی ها و گیت های لاجیک

آی سی ها به دو گروه خطی یا آنالوگ ( Liner Ic ) و گروه آی سی های دیجیتال( Dijital) تقسیم می شوند

صفحه نخست »  الکترونیک »  آی سی، گیت ها

مدارات مجتمع-آی سی -ic:
یک مدار مجتمع تشکیل شده از ترانزیستور،مقاومت،دیود،خازن و....که باهم درنهایت تشکیل یک مدار مجتمع را میدهند، قطعاتی که برای این منظور بکار میروند بعد از اینکه به صورت یک مدار یک پارچه بهم وصل شوند در واقع تبدیل به یک مدار مجتمع شده و این مدار دارای چند پایه مشخّص جهت کاربرد خواهد بود ضمن اینکه، مدار مجتمع تشکیل شده یک قطعه جدید و متفاوت و دارای مشخصات خاص خود خواهد بود، درگذشته و حتّی امروزه گاها به علّت موجود نبودن بعضی آی سی ها، نقشه داخلی آی سی را بدست آورده و مدار مشابه را با قطعات موجود طراحی و جایگزین می کنند. با پیشرفت سریع و روزافزون الکترونیک و تکنولوزی ساخت قطعات، جایگزین کردن یک مجموعه قطعه به جای یک آی سی نیاز به دانش بسیار بالایی دارد و در برخی موارد ممکن نیست. امروزه مدارات مجتمع بسیار کوچک ولی با کارایی گسترده و با بهترین شکل ها تولید می شوند لذا وقتی واژه آی سی یا چیپ به گوشمان می خورد، درذهن یک قطعه کوچک و پیچیده تداعی می گردد. به مدارات مجتمع معمولا آی سی یا چیپ گفته می شود (Ic , Chip). این مدارات تشکیل می شوند از انبوهی ترانزیستور ، خازن ، مقاومت و... منتها با تکنولوژی بسیار پیچیده و دقیق ( Printing Technology) که به صورت یک پارچه و تراشه ساخته شده و معمولا از نیمه رسانا ها مثل سلیکان ساخته می شوند . مدار داخلی چیپ و آی سی می تواند بسیار ساده و یا بسیار گسترده و پیچیده باشد و در اندازه ها و شکل های متنوع و گوناگون ساخته می شوند. چیپ یا تراشه طی مراحل نهایی ساخت ، داخل یک محفظه از نوعی پلاستیک قرار می گیرد و پایه های آن توسط نوارهای بسیار باریک رسانا، به صورت خیلی خوب و مطمئن به خارج از محفظه هدایت می شوند که درنهایت چیپ با پایه های آماده جهت کاربرد های گوناگون آماده می شود. مشخصات آی سی و چیپ معمولا روی آن حک می شود ضمن اینکه شرکت سازنده اطلاعات کامل قطعه را دراختیار قرار میدهد که به دیتاشیت قطعه معروف است . Datasheet یک آی سی یا چیپ دارای یک الی صدها صفحه اطلاعات است که بستگی به نوع قطعه دارد لذا هنگام کار با آی سی و چیپ باید اطّلاعات کامل درمورد آنها را بدست آوریم دراین صورت با کاربرد آن و روش استفاده و همچنین تست آن درصورت نیاز آشنا می شویم. پیشرفت این تکنولوژی باعث کم حجم شدن مدارات الکترونیکی و با کارایی زیاد شده طوری که چیپ هایی ساخته شده و می شوند که با چشم به راحتی قابل روئیت نیستند ضمن اینکه همین چیپ ها کارهای بسیار مهمی نیز انجام میدهند


انواع آی سی :
آی سی ها به دو گروه خطی یا آنالوگ ( Liner Ic ) و گروه آی سی های دیجیتال( Dijital) تقسیم می شوند. آی سی های آنالوگ مثل تقویت کننده و آمپلی فایرها و آی سی های دیجیتال مثل آی سی هایی که در ماشین حساب بکار میرود. آی سی های دیجیتال نیز به دو دسته( TTL(Transistor-Transistor-Logic و (CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor تقسیم می شوند که نوع Cmos بسیار حساس است و هنگام کار با این دسته آی سی ها باید موارد احتیاطی را رعایت نمود. آی سی های تی تی ال با ولتاژ 5 ولت و آی سی های سیموس با ولتاژ بین 3 الی 18 ولت کار می کنند. به آی سی های آمپلی فایر ، اپریشنال آمپلی فایر (Operational Amplifire) نیز می گویند، که مختصرا آپ امپ (Ap Amp) هم گفته می شوند.
آی سی ها موارد کاربرد بسیار گسترده ای دارند، شناسایی مشخّصات یک آی سی با توجّه به نوشته و کدهای روی آن که هنگام ساخت روی آن حک می گردد قابل دستیابی است ، تست آی سی ها با توجّه به شناخت کامل پایه های آن و دراختیار داشتن مقادیر هر پایه ، روی مدار یا بیرون مدار توسط آی سی تستر یا دستگاه های ویژه قابل انجام است، تست بعضی آی سی ها نیاز به امکانات بسیار خاص دارد لذا وقتی در یک برد الکترونیکی تمامی قطعات دیگر را اگر تست کنیم و همگی سالم باشند می توان نتیجه گرفت که آی سی مرتبط با این قطعات مشکل دارد ، چنانچه آی سی دردسترس است یا هزینه زیادی ندارد بهنر است وقت را تلف نکرده و اقدام به تعویض آی سی کنیم .

برای تعویض آی سی، نسبت به شکل فیزیکی آن و چگونگی پایه های آن از ابزارهای مناسب بایستی بهره برد تا صدمه ای به محل نصب آی سی وارد نشود و آی سی نو را بتوان به راحتی جایگزین نمود، بهتر است درصورت امکان از سوکت آی سی استفاده شود، اکثر آی سی ها را می توان روی سوکت نصب کرد بدینترتیب در آینده برای تعویض آی سی نیازی به لحیم کاری و ابزارهای خاص نخواهیم داشت. هنگام لحیم کردن پایه های آی سی از هویه استاندارد استفاده شود و پایه ها را پشت سر هم لحیم نکنید بلکه به صورت یک یا دو یا ... درمیان لحیم کنید تا حرارت هویه صدمه ای به آی سی وارد نکند ، یک هویه 30 الی 40 وات با نوک خوب می تواند مناسب باشد.

لحیم کاری پیشرفته- ( تعویض آی سی های BGA-SMD کلیک کنید).

سمبل و شماتیک آی سی و چیپ معمولا به صورت یک مستطیل یا مربع است ، شماتیک آی سی های آمپلی فایربه صورت مثلث است، بهرحال وقتی روی یک برد یا دستگاه مواجه با قطعه ای شدید اگر شک کردید که چه قطعه ای است، به تمام نوشته های کنار آی سی و روی برد دقت کنید و همچنین نوشته های روی آی سی، معمولا روی برد نوع قطعه را حک می کنند مثل: IC یا Chip یا MC که بیانگرنوع قطعه است.

ترتیب پایه های آی سی:
روی همه آی سی ها علائمی جهت مسخّص کردن پایه ها وجود دارد، همانطور که در تصاویر قطعات در همین صفحه مشاهده می شود، علائمی مثل نقطه یا شکافی برای شمارش پایه های آی سی و ترتیب شماره گذاری پایه ها روی بدنه قطعه دیده می شوند، این علائم تعیین کننده جهت آی سی و پایه اول آی سی می باشند. برای شماره گذاری پایه های آی سی پایه ای که باعلامتی مشخص شده، پایه 1 آی سی می باشد و برای ادامه شمارش همیشه از چپ به راست شروع می کنیم و پایه های طرف یا طرف های دیگر نیزبه صورت دورانی شمارش می شوند. اگر روی بدنه آی سی فقط شکافی در وسط یک طرف آن باشد ،اوّلین پایه سمت چپ شکاف، پایه 1 است.

گیت های لاجیک-Logic Gates-آی سی های لاجیک ( Logic IC's):
NOT,AND,NAND,OR,NOR,EX-OR,EX-NOR

گیت های لاجیک کاربردهای گسترده ای در الکترونیک دارند، گیت های منطقی در ساخت انواع آی سی و چیپ نیز بکار میروند، یک چیپ می تواند به گونه ای طراحی و ساخته شود که چندین گیت از نوع های متفاوت و با ورودی های دو یا سه یا بیشتر را در خود داشته باشد، خیلی از آی سی هایی که با آنها سروکار داریم در واقع یک مدار مجتمع از چندین گیت هستند، به عنوان مثال یک آی سی می تواند دارای جند گیت ازنوع AND و چند گیت از نوع OR باشد ضمن اینکه هر گیت می تواند 2 یا چند ورودی داشته باشد، همچنین می توانیم چند گیت مختلف را به ترتیبی خاص با هم ترکیب کرده و یک گیتی متفاوت و از نوع دیگرداشته باشیم.
در جدول زیر، واژه هایی که در گیت های لاجیک به کارمیروند مشاهده می شوند، مثلا میتوان گفت ورودی اگر درست باشد آنگاه خروجی نادرست است یا اینکه اگر ورودی های باشد، خروجی گیت پایین یا لو است و همچنین اگر ورودی 1 باشد خروجی 0 است . گیت های لاجیک نسبت به حالتشان نام گذاری می شوند: نات ، اند ، نند ، اکس اور ، اکس نر (NOT,AND,OR,NOR,EX-OR,EX-NOR).

دو شماتیک برای گیت های لاجیک وجود دارد:
شماتیک رایج و سنتّی و شماتیک قراردادی بین المللی برق و الکترونیک : رایج ( Traditional Symbols ):

مصوّب کمیسیون بین المللی برق و الکترونیک " International Electrotechnical Commission ) " IEC):

ورودی و خروجی:
تمام گیت های لاجیک به جز گیت NOT می توانند دارای دو یا چند ورودی باشند ولی همه گیت ها دارای یک خروجی هستند، معمولا ورودی ها را با حروف A,B,C نام گزاری می کنند و خروجی را هم حرف Q

بعضی شماتیک های گیت ها در خروجی یک علامت دایره دارند که به معنی این است که هرچه به ورودی وارد شود، درخروجی برعکس می شود، لذا شکل بالایی شماتیک گیت AND و شکل پایین شماتیک گیت NAND است.

جدول منطقی گیت ها-Truth-tables:
روشی مناسب و رایج برای حالات مختلف گیت های لاجیک و چگونگی کارکرد آنهاست که هر نوع گیت یک جدول منحصر به خود دارد، برای مثال جدول منطقی گیت AND را در ادامه قسمت مشاهده می کنید.


آی سی های لاجیک ( Lagic ICs):
گیت ها در ساخت آی سی های لاجیک به کار میروند که معمولا ازگیت های مشابه استفاده می گردد، برای مثال آی سی 4001 از 4 گیت NOR که دارای 2 ورودی هستند ساخته شده است، چندین خانواده از آی سی های لاجیک وجود دارند که به طور کلی به 2 گروه یا سری تقسیم شده اند، سری 4000 و سری 74 ، خانواده آی سی های 4000 و 74HC مناسب و بهتر با باطری کار می کنند زیرا مصرف کمی دارند و با رنج ولتاژی خوبی کار می کنند، برای آشنایی بیشتر با آی سی ها می توان از منابع و کتب موجود بهره برد مثل کتاب CMOS COOKBOOK نوشته Don Lancaster ، دراین کتاب اطّلاعات کامل و جامعی در باره آی سی های سری 4000 و 74 به روشی ایده آل گردآوری شده است.

جدول های مختصر و خلاصه برای همه گیت ها، گیت های دارای 2 ورودی و گیت های دارای 3 ورودی
نکته: گیت های EX-OR , EX-NOR می توانند فقط 2 ورودی داشته باشند.


به هم پیوستگی گیت ها ( Combinations of logic gates):
گیت ها می توانند برای ساخت محصولات و قطعات پیچیده و مجتمع به همدیگر متّصل شوند برای مثال یگ گیت NOT و گیت AND بعد از پیوستن به یکدیگر، شرایط جدیدی را برای خروجی بوجود آورده اند که با توجّه به جداول اختصاصی گیت های AND,NOT مطلب روشن ترمی شود.

سه نوع گیت (NOR,OR,AND) بهم متّصل شده اند، خروجی نهایی Q است ولی D و E هم می توانند مورد استفاده قرار گیرند لذا با توجّه به جدول منطقی می توان برای موارد دلخواه از به هم پیوستگی گیت ها بهره برد.


تغییر در ورودی گیت ها:
در موقع طراّحی مدار و انتخاب گیت ها می توان با تغییرات در ورودی گیت مثل اتّصال ورودی ها نتیجه متفاوتی بدست آورد، در شکل زیر با اتّصال 2 ورودی گیت NAND آنرا تبدیل به یک گیت NOT کردیم همچنین گیت AND با 3 ورودی را تبدیل به یک گیت AND با 2 ورودی کردیم.


گیت نات (NOT): این گیت فقط یک ورودی داشته و مقدار ورودی هرچه باشد، درخروجی معکوس می شود، مثلا اگربه ورودی( A ) ولتاژ 5 ولت وارد شود، خروجی (Q) صفر ولت خواهد بود و برعکس ، به گیت های NOT اینورتور یا مبدّل نیز گفته می شود.

گیت نند (NAND):
این گیت مانند گیت اند (AND) است منتها با خروجی معکوس (اینورتور)، درنتیجه هرگاه هر 2 ورودی 1 باشند آنگاه خروجی 0 خواهد بود درغیر اینصورت خروجی همیشه برابر 1 است. گیت NAND همچون گیت AND حداقل دارای 2 ورودی یا بیشتر می باشد.

گیت "یا" (OR):
این گیت حداقل دارای 2 ورودی بوده و مطابق جدول منطقی، چنانچه یکی از ورودی ها یا هردو ورودی برابر 1 باشند، آنگاه خروجی 1 خواهد بود درصورتیکه ورودی ها برابر 0 باشند، خروجی نیز 0 است. اگر یک گیت OR با 4 ورودی داشته باشیم برای اینکه خروجی Q برابر 1 شود کافیست یکی از ورودی ها برابر 1 شود.



گیت "نر" (NOR):
این گیت همانند گیت OR است منتها با خروجی معکوس (اینورتور) ، با توجّه به جدول منطقی ، اگر هر 2 ورودی برابر و مقدارشان نیز 0 باشد، خروچی برابر 1 خواهد بود ولی اگر ورودی ها هردو برابر 1 باشند یا اینکه یکی از ورودی ها 1 و دیگری 0 باشد، بازهم خروجی Q برابر 0 است.

گیت "اکس اور"(EX-OR):
این گیت فقط می تواند 2 ورودی داشته باشد، با توجه به جدول منطقی چنانچه ورودی ها برابر باشند حال مقدارشان 1باشد یا 0 ، آنگاه خروچی برار 0 است، درنتیجه برای اینکه خروجی برابر 1 شود باید ورودی ها با هم اختلاف داشته باشند یعنی یکی 0 و دیگری 1 باشد. این گیت شبیه گیت OR است با این تفاوت که اگر ورودی ها با هم یکسان باشند خروجی همچنان برابر 0 است.

گیت "اکس نر"(EX-NOR):
این گیت مثل گیت EX-OR است با این تفاوت که خروجی آن معکوس (اینورت) است، با توجّه به جدول منطقی، فقط درصورتی خروجی Q برابر 1 است که هردو ورودی A,B با هم یکسان باشند حال مقدارشان می تواند 0 یا 1 باشد و چنانچه ورودی ها باهم فرق داشته باشند ، خروجی 0 است.

مشابه سازی گیت ها با گیت های NAND :
دراین جدول گیت های NOT,AND,OR,NOR و معادل آنها که با استفاده از گیت یا گیت های NAND شکل گرفته اند مشاهده می شود، با شناخت گیت های لاجیک و خواصّ آنها متوجّه این مسئله می شویم که کاربرد گیت ها در ساخت آی سی و چیپ گسترده است . ده ها و صدها و هزاران گیت یکسان یا مختلف می توانند یک چیپ یا آی سی را تشکیل دهند که وقتی مدار داخلی چیپ یا آی سی ها را نگاه کنیم با گروهی از انواع گیت مواجه می شویم ولی آنجه بیشتر رایج است آی سی هایی با تعداد گیت کم است و پرکاربرد نیز هستند.