Universidad Interamericana de Puerto RicoRecinto de Ponce

Programa de Carreras

Titulo del Curso: Introducción a la Electrónica Moderna

Código y Número del Curso: CARM 0110

Número de Créditos : 3

Termino Académico: 2011-10

Profesor: Carlos J. Vega Santiago

Circuitos integrados

Definitivamente los circuitos integrados, popularmente llamados chips, revolucionaron

completamente la electrónica y podría decirse que cambiaron la vida del hombre. Todos los

desarrollos tecnológicos modernos como las computadoras las comunicaciones inalámbricas

(telefonía celular, etc.), las naves espaciales, los satélites, los aparatos electrónicos modernos,

como los nuevos televisores digitales, los tocadores de DVD y Blue-ray, las calculadoras, los

relojes digitales, la electrónica en los automóviles, etc., han sido posibles gracias a los circuitos

integrados.

¿Qué es un circuito integrado?

El concepto básico de los circuitos integrados, como su nombre lo indica, es que son

circuitos electrónicos completos en los cuales todos los componentes, incluyendo transistores,

diodos, resistencias, capacitores y conductores, se organizan completamente sobre un chip o

pastilla semiconductora de silicio muy pequeña. En este reducido espacio, se pueden concentrar

hasta varios millones de transistores y componentes que realizan funciones muy complejas y

variadas, muchas de ellas imposibles de lograr por métodos convencionales. Una vez construido,

se encierra en una capsula plástica o cerámica que contiene pines de acceso a través de los cuales

el circuito integrado se comunica con el exterior.

Comparados con los circuitos construidos con componentes discretos (transistores,

resistencias, capacitores, etc.), los circuitos integrados son más pequeños, compactos, livianos,

económicos y confiables. Además, son fáciles de usar, simplifican enormemente la tarea de

diseño construcción y reparación de cualquier aparato electrónico.

Tipos de Circuitos Integrados (en general)

Los circuitos integrados pueden ser variados tipos, dependiendo de su función específica,

grado de complejidad, el tipo de señales que manejan, la tecnología de fabricación y otros

criterios. La complejidad o nivel de integración se refiere al número de componentes integrados

en el chip. Estos pueden ser de pequeña escala (SSI), mediana escala (MSI), alta escala (LSI) y

muy alta escala (VLSI).

Dependiendo del tipo de señal que manejan, pueden ser análogos (lineales), digitales o

mixtos como se muestra en la figura 1. Los circuitos integrados análogos o lineales trabajan

con señales análogas, es decir que pueden adoptar un número infinito de valores entre un

máximo y un mínimo. Ejemplos de circuitos integrados análogos son los reguladores de voltaje,

los amplificadores operacionales, etc.

Figura 1

Los circuitos integrados digitales trabajan con señales digitales o binarias, es decir que

solo pueden adoptar uno de dos valores posibles (1 ó 0) (ON-OFF). Ejemplos de circuitos

integrados son las compuertas lógicas, los multivibradores o (flip-flops), los codificadores, los

contadores, los registros, las memorias, los microcontroladores, los microprocesadores, etc.

Muchos circuitos integrados son también análogos-digitales. Ejemplos de circuitos

integrados de este tipo son los convertidores de análogo a digital y de digital a análogo, los

potenciómetros digitales, los sintetizadores de voces y sonidos, los procesadores digitales de

señales (DSP), etc. La unión de las técnicas de análogas y digitales en un solo chip es el principal

responsable del auge de las comunicaciones, el audio, el video, el control, y otras tecnologías

digitales modernas.

Dependiendo de su fabricación los circuitos integrados pueden ser monolíticos o híbridos.

Los circuitos integrados monolíticos se caracterizan por tener todos sus componentes

interconectados entre sí de forma totalmente inseparable. Esta tecnología es la más apropiada

para la producción en masa.

Los circuitos integrados híbridos por su parte se caracterizan porque combinan en una

misma cápsula componentes integrados y componentes discretos como se muestra en la figura 2,

pero es posible separar cada uno de ellos. Los diseños híbridos corresponden a tareas específicas

aunque también tienen aplicaciones generales como amplificadores de potencia de audio.

Figura 2

Encapsulado, terminales e identificación

Otra forma de clasificar o diferenciar circuitos integrados es por medio de su

encapsulado, existiendo dos grupos principales los de montaje por inserción y los de montaje

superficial. En los de montaje por inserción, los terminales pasan por los orificios del circuito

impreso y se sueldan en círculos del lado de las soldaduras.

Figura 3: Circuito Integrado en el cual se hace montaje por inserción.

En los de montaje superficial, no hay agujeros pasantes y los terminales se sueldan en la

superficie del circuito impreso como se muestra en la figura 4. Estos últimos tienen un tamaño

mucho menor que los anteriores y son utilizados en la mayoría de los circuitos electrónicos

modernos.

Figura 4

En los de inserción, una de las presentaciones más populares es el encapsulado tipo DIP o

de doble fila, en donde el pin No. 1 se identifica mediante un punto grabado en la parte superior

de la cápsula como se muestra en la figura 5. El conteo de los pines se hace en sentido contrario

de las manecillas del reloj, siendo los más comunes los encapsulados de 6, 8, 14, 16, 20, 24, 40 y

64.

Figura 5

Actualmente debido al notorio incremento en el numero de pines de los circuitos

integrados modernos ha surgido otro tipo de encapsulados como el Plastic Leaded Chip

Carrier (PLCC), el QFP Y el SSOP. Un Plastic Leaded Chip Carrier (PLCC), también

llamado Quad-Flat-J-Leg Chipcarrier (QFJ) es un encapsulado de circuito integrado con un

espaciado de pines de 1.27 mm (0.05 pulgadas). El número de pines oscila entre 20 y 84. Los

encapsulados PLCC pueden ser cuadrados o rectangulares. Un dispositivo PLCC puede utilizarse

tanto para montaje en superficie como para instalarlo en un zócalo PLCC. A su vez los zócalos

PLCC pueden montarse en la superficie por inserción como se muestra en la figura 6.

Figura 6

Un encapsulado Quad Flat Package (QFP o encapsulado cuadrado plano) es un

encapsulado de circuito integrado para montaje superficial con los conectores de componentes

extendiéndose por los cuatro lados. Los pines se numeran en sentido contrario a las agujas del

reloj a partir del punto guía.QFP utiliza habitualmente de 44 a 200 pines, con una separación

entre ellos de 0.4 a 1 mm. Este permite una mayor densidad de pines y utiliza las cuatro caras del

chip.

Figura 7

Shrink small-outline package ( (SSOP) es un encapsulado de montaje superficial. El

SSOP tienen "alas de gaviota" que salen de los dos lados largos y un espacio de 0.635mm entre

cada pata. Las aplicación del SSOP permitirá a los productos tales como celulares, portátiles de

audio / video, unidades de disco, la radio, los dispositivos de RF / componentes,

telecomunicaciones, etc., que su tamaño y peso se reduzca significativamente.

Figura 8

Los circuitos integrados también pueden ser identificados por medio de una referencia

compuesta por letras y números la cual está impresa sobre la cápsula, además de la marca del

fabricante y otros datos como la fecha de fabricación el lote de producción, etc.

Circuitos Integrados Reguladores de Voltaje

Los circuitos integrados reguladores de voltaje cumplen dos labores fundamentales:

evitan el rizado o ruido del voltaje proveniente del circuito rectificador (remanente de corriente

alterna) y entregan un voltaje constante de corriente continua en la salida de las fuentes de poder,

independientemente de las variaciones en la corriente exigida por la carga o de las variaciones en

el voltaje de alimentación de corriente alterna. Hay diferentes tipos de reguladores de voltaje

integrados, siendo los más utilizados los fijos, los variables y los de conmutación. Tanto los fijos

como los variables vienen en versiones con salida positiva o negativa y sus principales

características son el voltaje de salida de corriente continua y la corriente que pueden manejar.

Figura 9

Dentro de los fijos y variables hay una nueva generación de reguladores llamados de baja

caída o LDO (low dropout voltaje regulators) los cuales tienen un menor voltaje entre la salida y

la entrada que los hace más eficientes y producen menos calor. Los valores más utilizados de

voltaje para los reguladores fijos son 5, 6, 10, 12, 15, 18, 24 voltios, tanto positivos como

negativos y se fabrican con valores nominales de corriente de 100 mA, 500 mA, 1A, 3A y 10A

entre otros. En cuanto a los variables 1, 2, y 32 o 37 voltios, tanto positivos como negativos con

capacidades de corriente entre 1 y 5 amperios. Los principales encapsulados que utilizan estos

reguladores son el TO-39, el TO-92, el TO-220 y el TO-3, y los más modernos encapsulados de

montaje superficial como lo muestra la figura 9. Vale la pena menciona que la mayoría de los

reguladores de voltaje hay que montarlos sobre un disipador de calor

Circuitos Integrados digitales

Estos son los circuitos integrados más importantes en la electrónica moderna ya que

gracias a ellos se han podido fabricar todo tipo de aparatos, como calculadoras, relojes digitales,

computadoras, sistema de sonido digitales, aparatos de comunicación digitales sistemas de

control y automatización, etc.

Su aspecto físico es similar al de los circuitos integrados lineales o análogos pero sus

funciones son totalmente distintas. Como su nombre lo indican estos trabajan con base en

números o dígitos binarios (0 y 1), o niveles altos y bajos. Un nivel alto indica que hay un voltaje

y un nivel bajo indica que no lo hay. El circuito integrado digital, en forma general, es una

pequeña caja negra con un cierto número de entradas que reciben un conjunto de señales

digitales y otro de salidas, las cuales entregan otras señales digitales. Las salidas están

relacionadas con las entradas según la función de cada circuito.

Tipos Circuitos Integrados digitales

Los circuitos integrados digitales se dividen en dos grandes familias: los TTL y los

CMOS dependiendo del tipo de transistores con los cuales se fabriquen. A su vez cada una de

esas familias se divide en subfamilias de acuerdo a las diferentes características eléctricas que

posean.

Figura 10