Vi mạch điện tử: Khái niệm, công dụng và phân loại vi mạch

Vi mạch điện tử ngày nay được xem như là một phần rất quan trọng và góp phần phát triển rất lớn đến cuộc sống của người. Đây được xem như là một bộ phận không thể thiểu trong những thiết bị như: Chăm sóc sức khỏe, các thiết bị y tế và nhiều thiết bị điện tử khác nhau.

Cùng theo chân Wanchi đi tìm hiểu vi mạch điện tử là gì? Công dụng và cách để có thể phân loại những vi mạch này ra sao nhé!

Vi mạch điện tử là gì?

Vi mạch điện tử còn có tên gọi là IC (Integrated Circuit – mạch tích hợp). Được xem như là một thuật ngữ rất quen thuộc đối với nhiều kỹ sư công nghệ.

IC được phát hiện và tìm thấy bởi kỹ sư người Đức, người đã thành công sáng chế ra một thiết bị có chức năng khuếch đại giống với mạch tích hợp có 5 transistor. Sau này thiết bị này đã được nâng cấp lên thành thiết bị trợ thính và đây là sự hình thành của vi mạch đầu tiên trên thế giới bởi Jack Kilby.

Sau này, Robert Norton Noyce đã đưa IC lên một đẳng cấp hoàn toàn mới khi mà IC đã có thể giải quyết được rất nhiều vấn đề mà vi mạch của Jack Kilby chưa làm được. Hơn nữa, nó còn thành công hơn vi mạch cũ trước đây, đánh dấu một bước đột phá về vật lý do được làm nên từ silicon.

Công dụng của vi mạch điện tử ra sao?

Đầu tiên phải nói rằng IC làm cho mạch tổng hợp được giảm đi kích thước từ mạch điện và giúp độ chính xác của thiết bị được tăng cao. Ngoài ra, IC còn tăng công dụng lên rất đáng kể bên trong các mạch logic.

IC gồm 2 loại chính: Một loại để cố định chức năng (loại này không thể lập trình) và một loại dùng để lập trình. Mỗi loại IC sẽ có những tính chất rất riêng biệt về giới hạn của điện thế, công suất vận hành và nhiệt độ. Tất cả đều được lưu lại trong bảng thông số.

Cách phân loại vi mạch điện tử

Tất cả những vi mạch điện tử này đều có thiết kế rất đa dạng và có nhiều điểm chung. Chúng ta có thể phân loại IC theo những tiêu chí như: Công nghệ, công dụng, tín hiệu xử lý và mức độ tích hợp của chúng.

Phân loại theo các mức độ tích hợp

Có thể chia IC thành nhiều loại như:MSI, SSI, LSI, ULSI, VLSI(GPU, CPU, ROM, PLA, RAM….).

Phân loại theo công dụng của IC

• Hiện nay, CPU được xem như là một bộ vi xử lý vô cùng quan trong của máy tính.
• Memory là bộ nhớ giúp lưu giữ lại dữ liệu digital.
• Công nghệ RFID được phục vụ cho việc theo dõi và giám sát. Công nghệ này được áp dụng rất nhiều vào những loại khóa thông minh chống trộm.
• ASIC có công dụng giúp điều khiển những thiết bị như lò nướng, xe hơi, máy giặt,…
• DAC và ADC giúp chuyển đổi analog – digital.
• FPGA được cấu hình và cài đặt nhờ vào IC digital của khách hàng.
• IC công suất giúp xử lý những dòng điện hoặc điện áp công suất lớn.
• Microcontroller (vi điều khiển) chứa rất nhiều thành phần cần có của một máy tính nhỏ.
• System on a chip (SoC): Đây là một hệ thống có trong một chip.

Phân loại theo công nghệ

Monolithic: Đây là những phần tử được đặt bên trên nền của vật liệu bán dẫn đơn tinh thể.

Mạch phim, mạch màng mỏng là những phần tử được hình thành bởi quá trình lắng đọng hơi xuất hiện trên nền thủy tinh và thường thấy ở những mạch điện trở.

Phân loại theo các tín hiệu xử lý

• IC analog: Vi mạch điện tử giúp xử lý những tín hiệu analog.
• IC digital: Giúp xử lý các tín hiệu của digital.
• IC hỗn hợp: IC này có công dụng xử lý được hết 2 loại tín hiệu bên trên.

Ưu điểm và nhược điểm thường thấy của vi mạch điện tử

Ưu điểm của IC

• Với mạch tích hợp được thiết kế vô cùng nhỏ gọn, nhỏ hơn tối thiểu là 1000 lần so với 1 mạch điện tử rời rạc. Vì có kích thước nhỏ như vậy, nên trọng lượng của IC cũng sẽ nhẹ đi rất nhiều.
• Ngoài ra, IC còn có độ bền rất cao vì không xuất hiện những mối hàn ở bên trong và có rất ít kết nối so với PCB.
• Năng lượng tiêu thụ ít nên điện năng cũng sẽ ít theo.
• Tốc độ làm việc được tối ưu rất nhanh vì không chứa những hiệu ứng làm hao phí điện dung.
• Nếu như có một bóng bán dẫn đơn bên trong mạch bị rời rạc hoặc bị lỗi. Thì toàn bộ mạch sẽ ngừng hoạt động, từ đó phải phải kiểm tra và thay bóng bán dẫn. Theo đó, việc tìm ra mạch lỗi cũng rất khó. Tuy nhiên, vì giá thành thấp nên chúng ta có thể thay thế toàn bộ IC khi bị lỗi.
• Những IC sẽ được sản xuất hàng loạt. Chính vì vậy mà thông số và hệ số nhiệt độ cũng sẽ khác nhau hoàn toàn để phù hợp với nhau.
• Cải thiện tối đa hiệu suất các chức năng.
• Tất cả IC đều qua quá trình kiểm nghiệm về hiệu suất hoạt động ở cả nhiệt độ thấp và cao.
• Chúng thích hợp cho những tín hiệu có tần số nhỏ.
• Vì những thành phần của IC đều được làm nằm ở bên trong chip, vì thế sẽ không hề bị tác động bởi những yếu tố bên ngoài.

Nhược điểm của IC

Dưới đây là một vài nhược điểm của IC:

• Có một số loại IC được cấu tạo rất phức tạp nên dẫn đến rất tốn kém. Vì vậy, nếu như chúng bị lỗi thì bạn nên thay mới hoàn toàn do rất khó tìm được các lỗi bên trong.
• Đa số năng lượng của các IC không lớn hơn 10 watt. Do vậy, chúng ta không thể nào sản xuất được IC với công suất lớn.
• Những thành phần như máy biến áp hay cuộn cảm bắt buộc phải được kết nối từ bên ngoài với những chân bán dẫn vì không thể nào tích hợp chúng vào vi mạch điện tử được.
• PNP cao cấp không thể lắp ráp được.
• Nếu như tiếp xúc với nhiệt độ cao hoặc xử lý sai thì IC cũng sẽ hoạt động sai.
• Rất khó để đạt được mức hệ số nhiệt độ thấp.
• Rất khó để có thể chế tạo ra IC có tiếng ồn thấp.
• Do những tụ điện vượt quá 30pF, vì thế rất khó để chế tạo được. Do vậy, những tụ điện giá trị cao sẽ được kết nối ở bên ngoài IC.
• Bóng bán dẫn có giá trị điện trở bão hòa lớn.

Có nên sử dụng hộp nhựa đựng vi mạch điện tử?

Vì bản chất của IC rất dễ bị lỗi và hỏng. Do vậy, việc sử dụng hộp nhựa sẽ giúp bảo quản và kéo dài tuổi thọ của IC. Từ đó giúp cho những thiết bị của bạn không bị hư hỏng đột xuất do thời tiết và nhiệt độ thay đổi đột ngột.

Với sự phát triển vượt bậc của công nghệ hiện đại, thì việc phát minh và nâng cấp vi mạch điện tử ngày càng được chú trọng. Vì vậy những thông tin trên xoay quanh công nghệ này sẽ giúp bạn có thêm được thật nhiều kiến thức giá trị và bổ ích.