Entegre Devre Nedir?
Entegre Devre (İngilizce: Integrated Circuit veya IC), elektronik devrelerde çok sayıda devre elemanlarını tek bir devreyi oluşturacak şekilde tek bir çekirdekte toplayan elemanlardır. Entegre Devre, kelime anlamı olarak bütünleştirmek, bütünleşik gibi anlamlara gelmektedir. Tümdevre, yonga, çip, mikroçip ya da tümleşik devre gibi çeşitli isimlerle de anılabilir. Entegre Devreler, ayrık elektronik bileşenlerden yapılan devrelere göre daha küçük, daha hızlı ve daha az maliyetlidir. Ayrıca Entegre Devreler, ayrık devrelere göre daha az sayıda malzeme kullanır ve daha az güç harcadığı için performansları yüksektir. Bu özellikleri sayesinde hemen hemen bütün elektronik cihazların içinde bulunur.
Entegre Devrenin Tarihçesi
Entegre devrenin ilk gelişimi 1949 yılına dayanır. Alman mühendis Werner Jacobi (Siemens AG) 1949 yılında entegre yapısına benzer bir yapı ile sinyal yükseltici devre tasarladı. Ancak bu yapı çok aşamalıydı ve 3 masaya sığıyordu. Jacobi, patentinin endüstriyel uygulaması olarak küçük ve ucuz bir işitme aygıtı meydana getirdi. Onun patentinin acil ticari kullanımı raporlanmadı. Entegre devre fikri İngiliz Savunma Bakanlığına bağlı Royal Radar Kurumu’nda (the Royal Radar Establishment ) radar bilim adamı olarak çalışan Geoffrey W.A. Dummer (1909-2002) tarafından ortaya atıldı. Dummer, Washington’da 7 Mayıs 1952’de Nitelikli Elektronik Parçaların Gelişimi Sempozyumu’nda fikrini öne sürdü. Bu fikri yaymak için bir sürü sempozyum düzenledi ve 1956’da yaptığı devre başarısız sonuçlandı.
Entegre devreler için ilk fikir, hepsini küçültülmüş bir bileşen olan küçük seramik yonga plakası oluşturmaktı. Bileşenler bütünleşmiş ve 2 boyutlu ya da 3 boyutlu ızgara sistem şeklinde telle bağlanmış halde olabilirdi. 1957’de çok ümitli görünen bu fikir, Amerika Birleşik Devletleri Ordusu’na önerildi ve kısa süreli Mikromodül Program’a (1951’deki Tinkertoy projesiyle benzer olarak) öncülük etti. Ancak, bu proje hız kazandığında, Jack Kilby entegre devreler için yeni bir tasarım geliştirdi. Daha sonra Texas Instruments tarafından işe alınan Kilby, entegre deverelerle alaaklı olan ilk fikrini 1958 Temmuz’da kaydetti. İlk entegre çalışmasını 12 Eylül 1958’de başarılı bir şekilde tamamladı. Patent uygulamalarında, 6 Şubat 1959’da Kilby yeni aletini “tamamen bütünleşmiş elektronik devrelerin tüm bileşenlerini barındıran yarı iletken maddelerin cismi” olarak tanımladı. Bu ürün için ilk müşteri Amerika Birleşik Devletleri Hava Kuvvetleri oldu. Kilby, 2000 yılında entegre devreleri bulduğu için fizikten Nobel Ödülü aldı. Yaptığı bu başarılı çalışmaya Elektrik Elektronik Mühendisliği Dönüm Noktaları Listesi’nde (IEEE Milestone) 2009 yılında yer verildi.
Kilby’den yaklaşık yarım sene sonra, Fairchild Semiconductor firmasındanRobert Noyce onun fikrini geliştirerek entegre devrelerle Kilby’ nin çözemediği birçok problemi çözdü. Kilby’nin tasarımında germanyumdan yapılmış olan kısım, Noyce’un tasarımında silikondan yapılmıştı. Fairchild Semiconductor firması aynı zamanda kendi sıraya koyulmuş geçitleriyle tüm modern Cmos bilgisayar çiplerinin temeli olan ilk slikon-geçit entegre devre teknolojisine da ev sahipliği yaptı. Bu teknoloji, İntel’e katılan ve ilk tek çip olan Merkezi İşlem Birimi (CPU) (Intel 4004) ü tasarlayan İtalyan fizikçi Federico Faggin tarafından 1968 de geliştirildi. Faggin 2010’da Teknoloji ve Yenilik Ulusal Madalyası kazandı.
Entegre Devrelerin Yapısı
Entegrelerin bacakları numaralandırılırken entegrenin ortasında bir tane çentik bulunur. Bu çentikten başlayarak bacaklar numaralandırılır.
Entegre Devreler birden fazla çeşide sahip olduğu için her birinin yapısı farklıdır. Ancak hemen hemen tüm entegrelerin pinleri (bacakları) aynıdır. Gelin bu pinleri 555 entegresi üzerinde inceleyelim.
Ground (GND): Toprak bacağıdır. Toprak referans voltajı da denmektedir. Voltaj değeri 0’dır.
Trigger: Türkçe olarak Tetikleme bacağı denir. Bu giriş değerinde voltaj değeri, kontrol voltajının yarısına düştüğünde bir zaman aralığı başlar ve çıkış pini HIGH olur.
Output: Türkçe olarak Çıkış bacağı denir. Yüksek çıkış seviyesinde besleme geriliminin yaklaşık 1.7V altında gerilim sağlar.
Reset: Bu bacak LOW (Lojik 0) olunca devreye reset atar. Ayrıca bu bacağın herhangi bir bacakla bağlantısı da yoktur.
Control Voltage: Bu bacak iç devrede 2 x (Vcc / 3) değerine bağlıdır. İstenirse bu ayağın gerilimi değiştirilerek zamanlama periyodu da değiştirilebilir. Normal çalışma anında küçük kapasiteye sahip bir kondansatör ile toprağa bağlanarak oluşabilecek gürültü engellenebilir.
Threshold: Türkçe olarak Eşik bacağı denmektedir. Bu bacaktaki gerilim eğer Control Voltage değerini aşarsa çıkış LOW (Lojik 0) değerine gider ve flip flop reset atar.
Discharge: Türkçe olarak Deşarj bacağı denmektedir. Bu bacak iç devredeki bir NPN transistörün Kollektör bacağına bağlanmıştır. Yüksek ve düşük seviyelerde dirençlerin değişimine göre kondansatörün şarjını ve deşarjını sağlar. (Kondansatör nedir diye merak ediyorsanız buraya tıklayarak Kondansatör Nedir? adlı yazımızı okuyabilirsiniz.)
Vcc: Türkçe olarak Besleme bacağı olarak bilinir. Bu bacaktan besleme gerilimi uygulanır. Besleme gerilim değeri ise 4.5V ile 15V arasında değişebilir.
Entegre Devre Çeşitleri
Entegre Devreler içerdikleri eleman sayısı ve üretim aşamasındaki farklı teknikler sebebiyle bazı kategorilere ayrılırlar. Gelin bu Entegre Devre çeşitlerine birlikte göz atalım.
Transistör Tipine Göre Entegreler
TTL Entegreleri (74XX):
En çok kullanılan Entegre Devrelerdir. TTL türü Entegre Devreler 74XX serisi ile belirtililer. (7400,7466, …. Vb.) 74’den sonraki rakamlar entegre içindeki lojik kapının türünü belirtir. TTL Entegrelerde BJT tipi transistörler bulunur.
TTL entegrelerde besleme voltajı 5V olup, voltaj çıkış değeri 3V ve üstü ise lojik 1 çıkışı, 3V’un altında ise lojik 0 çıkışı verir. TTL girişlerinde çok emiterli transistör kullanıldığı için TTL entegreleri hızlı çalışırlar.
CMOS Entegreleri (40XX):
CMOS Entegreleri, 40 serisi ile belirtilirler. 40’dan sonraki sayılar Entegre Devre içindeki lojik kapıların türünü belirtir. CMOS Entegrelerde MOSFET tipi transistörler bulunur.
CMOS Entegreleri, TTL Entegresinin gelişmiş halidir ancak ancak çalışma hızları oldukça yavaştır. Çalışırken çok fazla güç kullanır ve oldukça geniş bir besleme aralığında çalışır. (3V – 18V)
Kılıflarına Göre Entegreler
THT (Throug Hole Technology) Entegreler:
Bu entegreler breadboard üzerinde veya devre kartında lehimlenerek kullanılır. Çoğunlukla bu tip entegreler DIP (Dual-inline package) yani çift sıralı kılıfta üretilmektedir.
SMD (Surface Mount Device) Entegreler:
SMD entegreler makineler tarafından üretilen devre kartlarında kullanılmaları için tasarlandıklarından dolayı çok daha küçük yapılarda olabilir. Genellikle hobi elektroniğinde kullanılan SMD entegreler, doğrudan devre kartının yüzeyine monte edilir.
Entegre Devrelerin Kullanım Alanları
Entegreler küçük boyutları ve düşük maliyetleri sayesinde bilgisayarlarda, cep telefonlarında, arabalarda, televizyonlarda ve hemen hemen tüm elektronik cihazların içerisinde bulunurlar. Ayrıca Entegre Devreler yükseltici, zamanlayıcı, bilgisayar belleği, mikroişlemci vb. olarak işlev görebilirler.
Entegre Devre Nedir? adlı yazımızın sonuna geldik.
Kaynakça:
https://www.aydinlatma.org/entegre-nedir-ne-ise-yarar.html#:~:text=Entegreler%20k%C3%BC%C3%A7%C3%BCk%20boyutlar%C4%B1%20ve%20d%C3%BC%C5%9F%C3%BCk,mikroi%C5%9Flemci%20vb.%20olarak%20i%C5%9Flev%20g%C3%B6rebilirler.
http://www.maker.robotistan.com/entegre-nedir/#entegre
https://www.elektromania.net/default.asp?tid=6