>
Går det inte att börja lite mjukt!
Hurtillvida är en darlingtontransistor en diskret komponent eller en I-krets?
Om det bara vore en transistor är det så klart en diskret komponent. Men nu är det ju två transistorer som är hopkopplade borde inte det vara en I-krets?
Svaret finns på sista raden, men lite text däremellan förklarar.
Är det en darlington-koppling du funderar kring? Om den är byggd på ett monolitiskt chip har den redan en annan huvudbenämning och fyller inte ensamt villkoret för att vara en integrerad krets. Mer om det längre ned.
Vad gäller elektronik är det ett av de kunskapsområden som lyfter när alla har gemensamt språk för ämnet och alla kan därför delta på lika villkor och lättare ta till sej av andras bidrag och lättare på entydigt sätt förklara sina egna frågor eller kunnande. Skulle det finnas en personlig lucka i språket finns åtskilliga källor om kan fylla på sådana luckor.
Det blir inte bra när någon vill bryta ned språks enhetlighet. Främjar dumhet.
Förhållandet är likadant för många teknik-områden. Ta kemi t.ex. om man i ett forum skulle anse vissa ord för besvärliga och snobbiga bara för att de själva inte sett orden tidigare? Stryk orden ur listan på ord värda att komma ihåg.
Impedans är t.ex. ett sådant elektronik-ord. Något man bör kunna om man alls vill ha med elektronik att göra. Går inte ens bygga ett diskantfilter om man inte vet vad impedans relativt resistans är. Det är ingen kritik riktad till TS. Det är bara att acceptera fakta.
Den som har åsikt om fackord i denna text, tänk en gång till om detta ska vara en pladderlåda där iq-taket ska tvingas lågt eller om internationellt gemensamma fackord ska ses som det lim som gör att att vi alls kan bygga vidare på varandras konkreta information och kunskap, amatör såväl som proffs.
Bli riskerad att ses som översittande elektroingenjör för att man använder enkla grundläggande facktermer får ses som försök till bokbål från de verkliga översittarna, de som försöker översitta allt de själva inte begriper.
Ett vanligt alternativt slang-uttryck är att IC är ett chip eller "flisa" på svenska.
"Flisa" är ett bra beskrivande ord då det handlar om tillverkningsprocessen där det som utgör kretsen skapas som en liten flisa i och på en monolitisk struktur (=kristall-struktur), oftast en kiselskiva.
Man bygger upp ett flertal olika typer av element, aktiva och passiva, genom omväxlande etsning och oxidering av främst olika metaller.
Etsning är i detta sammanhang att t.ex. mha syra etsa bort delar av ytor man tidigare lagt på genom högspänd elektroplättering och sekvensen kan upprepas många gånger.
Vid industriell tillverkning tillverkas 1000-tals chip på en gång på en större gemensam monolit-bärare, som ofta kan se ut som en rund metall-skiva innan den blir uppdelad till mindre enskilda delar.
Hur vet man då om det som är integrerad på en flisa är en krets?
Hur visste man det när man tillverkade den första kretsen, att det var en IC?
Vad var syftet att tillverka en IC?
En IC's grundfunktioner som skulle uppfyllas var beskriven innan man visste hur det skulle gå till attt skapa chippet.
Målet var att på en kristall etsa komponenter och ledare i flera lager för att bygga upp en fungerande krets. För att göra detta måste man även kunna bygga upp isolerande lager mellan de ledande lagerna respektive ledare mellan olika lager.
Allt integrerat och etsat på ett enda chip, var det man refererade till som en IC.
En engelsman, Geoffrey Dummer, hade övertygelsen att man skulle kunna bygga sådana monolitiska kretsar i början på 1950-talet men efter flera års misslyckanden, ströps hans statliga understöd och projektet las ner. Den krets han ville bygga insåg man inte värdet av ifall det hade lyckats, en flip-flop, grundläggande räknarkrets inom binärtekniken. Principen är rätt enkel, två transistorer och två vägar att ge ömsesidigt självhåll, vilket leder till korsande ledare. Bra om man kan denna krets utantill för att se kopplingsproblemet att på en plan yta bygga en sådan krets.
flip_flop.png
Om hela kretsen kunnat etsas på en enda yta hade den blivit billig att massproducera förmodade Dummer, men hans teknik nådde inte ända fram.
Andra var nyfikna på tekniken och tog vid. Första uppfinnaren att få igång det som uppfyllde kraven att vara en IC var Jack Kilby som jobbade för TI i USA. Det skedde 1958.
Men dessa kretsar ansågs inte ha marknadsvärde, så projektet las ner. Var bara att glömma.
Det fanns flera skäl. Marknaden frågade inte efter en produkt man inte visste existerade och i detta fallet var chippet byggt på germanium som dopingmaterial. Kilby valde materialet bara för det var en simplare billigare process men företaget, TI, hade bestämt att fasa ut germanium. Det var gammaldags. Och ut med badvattnet åkte även Kilbys projekt.
Kilbys chip gjorde för övrigt bara en enda sak, producerade en stabil sinussignal på utgången. Inte så bara för den som själv försökt samma sak med diskreta komponenter men det var inget som fick företaget till att vilja satsa vidare.
Ett snarlikt samtida IC-projekt på Fairchild Semiconductor's av Robert Noyce rönte ungefär samma öde. Robert ansåg hans tillverkningsprocess var bättre som inte använde germanium utan kisel men det fanns inget industriellt intresse att gå vidare.
Både Kilby och Noyce sökte dock patent. Något som några år senare skulle leda till ett av de stora patent-krigen, men just nu var det bara en slut-summering av projekten, att få dom patenterade, men som även gjorde det känt för övriga forska-världen vad man hitintills åstadkommit.
Det var elektronik-marknaden som bestämde vad fabrikanterna producerade och utvecklade, då som nu.
Det fanns en sak som marknaden skrek efter i mitten/slutet på 50-talet, elektronrör. Dessa behövdes i enorma mängder i beräkningsmaskiner, fickräknare stora som hus.
Dessa räknemaskiner svalde lätt 200.000 elektronrör eller mer och marknaden för sådana rör 10-dubblades varje halvår om nu inte tillverkningen bokstavligen körde i väggen i försök att möta behovet. Halvledarbrist fast i rörformat och i stor skala.
När några hundratusen rör körs samtidigt i en maskin är nästan alltid ett antal rör på väg att lämna in och resultatet kunde bli därefter.
En annan nackdel med rör är att de skapar mycket värme då de ständigt måste hållas uppvärmda genom glödström.
Så vad marknaden verkligen ville ha var rör med längre livslängd och mindre behov av glödström och skulle rören ändå paja så skulle vem som helst kunna snabbt byta trasiga rör utan verktyg.
TI ansåg att man var på god väg att utveckla det som skulle bli en försäljningsframgång för många år framöver, Micromoduler, som hade just dessa egenskaper.
Rören byggdes samman med dess kringkretsar till moduler och kluster som lätt kunde ersättas utan verktyg genom snabbsocklar och behändiga handtag inbyggt i modulerna. Det gjordes till och med radio-apparater med denna tekniken då militären visade intresse för "flexibel radio-teknik", radioapparater som kunde byggas i fält genom att kombinera rätt moduler.
På utvecklingssidan jobbade man hårt med den andra utvecklingsgrenen, att ta fram transistormoduler som kunde ersätta rören.
Med transistorer kunde man revolutionera beräkningsmarknaden genom att bygga Mikromoduler med transistorer. Billigare, lägre värmeeffekt och med längre livslängd.
Den färdiga produkten blev något i denna stilen:
Vintage 1960's Burroughs Computer Transistor Circuit.png
Så här kunde dessa transistormoduler se ut som kom att bli rörersättare i stor skala.
Mer kompakt bygge än så var svårt att tänka sej. Plåtkapslade transistorer och standardiserade snabbkopplingar.
Byggmetoden medgav komplicerade kretsar utan behov av extra förbindelse mellan komponentbenen. Detta var det som förväntades bli en riktigt stadig bröd-säljare för ett flertal USA-företag i denna branschen under många år framöver.
Allt såg så bra ut som det kunde, den omättbara marknaden stod i kö för att köpa. Ingen anade att allt skulle vara slut inom ett par år.
IC förblev i skrubben för dammsamlande ofärdiga ideer men det lämnades ingen ro. I mer eller mindre smyg pågick breda diskussioner hur man skulle lösa olika problem som ännu inte var lösta.
Geoffrey Dummer, engelsmannen med sin ej fungerande flip-flop, hörde talas om att man i USA hade man lyckats bygga monolitiska kretsar även om det inte var en flip-flop. Han åker till USA för att på nytt söka stöd för sin krets som nu kanske var realiserbar men det fanns ingen bra lösning att arbeta vidare på även om alla var med och försökte. Även Sidney Darlington var med med sina seriekopplade transistorer och försökte få in dom på en gemensam bärare men fallerade länge. Däremot lyckades man rätt snabbt att få igång en kommersiell produkt, en enkel transistor på en monolit.
Den första transistorn man lyckades tillverka på detta viset kallades pga sättet att etsa fram den ur en plan yta, för
planar transistor, vilket blev vedertagna namnet på alla efterföljande transistorer som tillverkades på detta sättet.
Även transistorer i darlington-utförande lyckades man med tiden att utföra som planar transistor. Ett exempel är MJ900 som är en
PNP silicon diffusion planar darlington transistor i TO3-utförande.
Kan man detta fikonspråk så vet man att:
- planar säjer att det är endast ett chip. Ofta bra för snabbhet/stabilitet.
- silicon säjer att basmaterialet, chippet, är en kiselskiva.
- darlington beskriver inte exakt kopplingsmetoden men oftast är syftet att multiplicera två strömförstärkningsfaktorer.
- PNP beskriver ordningen mellan PN-övergångarna vilket styr strömriktning och som man visar genom pil på emitterns strömriktning.
- diffusion betyder här att transistorernas ytor är delvis skapade genom högspänd påsprutning av olika lager.
Mer detaljer här.
- TO3 är kapseltypen.
Länk till MJ900
https://www.painclinice.com/index.php?m ... _id=330271
Det är givetvis en mängd fack-ord bara för att beskriva denna transistorn men varje ord kan vara direkt avgörande om transistorn alls kan användas till det man tänkt och detta är ändå att skrapa på ytan vad gäller transistor-parametrar som en hygglig designer måste kunna utantill om man designar med denna typ av analoga diskreta kretsar.
Om man bara designar mobiltelefoners inre så lär kunskapen om vad TO3 är vara oviktigt kunnande? En metallklump stor som en USB-laddare?
Jo så är det, det är oviktigt ända tills man råkar designa in en 7805 spänningsregulator utan att kolla om kapselmåtten var i tum eller mm.
Den klassiskt allra viktigaste transistor-faktorn är onämnd, den som givit transistorn sitt namn.
Ärligt, hur många i detta elektronikforum vet varför en transistor heter transistor?
Det är strömförstärkningsfaktorn. som kan ses som en via resistor-ratio variabel strömkälla.
Strömförstärkningsfaktor över 1 är det som gör en transistor till aktiv komponent. Om faktorn är under 1 kan transistorn ersättas med en passiv vridpot. Denna transistorns viktiga grundfunktion gav transistorn både en god beskrivning av dess grundfunktion och det som fick bli dess namn:
Trans-forming Res-
istor..
Två transistorer uppbyggda på samma chip som en monolitisk strömspegel baserat på typ två npn-trissor låter idealt för den som vill designa en strömspegel. Kan till och med dela samma termiska brus. men...
Strömspeglar har inte blivit en hit vad gäller monolitiska kretsar, även om de finns.
En sådan monolit är TI's
REF200.
Men sett till prestanda så finner man tekniskt eller ekonomist att det inte ger något som en god OP, eller två, inte ger lika bra.
Sök på t.ex. Howland strömspegel för en enkel alternativ krets som även finns som en helt integrerad OP.
Det blev lite transistor-avvikelse i texten men naturligtvis var möjligheten till att skapa monolitiska transistorer för analoga ändamål genom denna monolit-teknik en väsentlig del av det man utvecklade om än lite i efterhand,
Vad gäller fortsatta möjligheten att utveckla en IC var det nu mer akuta problemet att skapa isolation på ett drifttåligt sätt som var en dominerande knut att lösa.
Dessa isolerande lager för en IC kallas passivationslager, med avsikt att få elektrisk och termisk isolation mellan ledar-lager och undvika att de ytterst tunna oxid-lagerna bryts ned i luft. Det problemet hade bromsat utvecklingen i många år. Kretsar som bröts ned av luft efter sekunder eller som inte kunde byggas i enkla lager gick inte utveckla mot tänkt verkligt integrerad krets-funktion.
Genombrottet kom när man lärde sej belägga ytorna med kiseldioxid. Det uppfyllde med marginal kraven på isolation, både elektriskt och termiskt men som man fann, det gav även en mekanisk yta som var nästan diamanthård.
Med passivations-tekniken under kontroll kunde man nu stapla komponenter och hela kretsar och ledare ovanpå varandra i en mikroskala som fick all tidigare teknik se klumpigt ålderdomlig ut.
Det blev även stora lyftet för en annan produktkategori, då det nu gick göra återkopplande ledare för förstärkare även om återkopplingen måste korsa andra ledare och komponenter och det blev möjligt med hög isolation mellan inportar. Analoga OP i detta miniformat och med tidigare osedd prestanda väntade om hörnet.
Bandgaps-baserade strömspeglar byggda på monolit-blockoch och man skulle kunna bygga fantastiskt stabila och strömsnåla spänningsregulatorer till nästan ingen kostnad alls.
Nu inser man sambandet på högre strategiska nivåer inom flera företag i USA i princip samtidigt, en flip-flop är detsamma som två radiorör eller motsvarande transistorer med kringkretsar, något som tillverkades i enorma mängder. Om en sådan krets kunde tillverkas i storlek som en fingernagel skulle aldrig mer räknemaskinerna bli desamma.
Fantasin började skena på sällan skådat sätt bland de stora inom branschen för beräkningsmaskiner. Tänk om man kunde bygga integrerade räknare, ersätta flera elektronrör med nästan ingenting och trolla ner hela kretsar i en liten box. Skulle vara sanslöst trolleri.
Om man kunde bygga integrerade flip-flops som var en grundsten i räknare, vilka andra logiska grindar var möjliga?
Plötsligt skulle alla företag utveckla integrerade kretsar, marknaden exploderade och vi fick se första icke mekaniska bordsräknarna som inte fyllde hela våningsplanet.
År 2000 delade Nobel ut pris för uppfinningen av integrerade kretsen till Jack Kilby. Det var så många som alla drog sin viktiga bit till stacken för denna uppfinning så man får se Jack som representant för alla som var med.
Geoffrey Dummer som var med bland de första och sista som drev utvecklingen på flera plan längre tid än de flesta, från WWII och fram till mitten på 90-talet, är nästan berömd för att han dog 2002 utan att få något pris. Vem som egentligen vann eller gjorde mest rätt i denna kapplöpning, det finns lika många deltagare som svar.
Denna text är en mix av dåligt minne och osäkra anekdoter. Det gäller även mitt försök till att ge inblick i varför en IC är en IC och jag har säkert missat en hel del av de alternativa åsikter och alternativa källor som existerar.
Rätt många hade velat se sitt egna namn bland de stora IC-utvecklarna. Några källor har undvikits för att de skulle kräva alltför komplicerade förklaringar vad en IC är och analoga utvecklings-sfären levde till stor del sitt egna liv som gör historien mer invecklad men som till en början fick stå i skuggan för nya tidens digitala kretsar.
Detta att digitala utvecklingssektioner på företag plötsligt bang på gick från noll till att få alla resurser på bekostnad av analoga utvecklingssektioner på kort tid gjorde inte alla glada. Analog-tekniker fick flytta ihop till ett hörn på labben när det stormade in en helt ny typ av tekniker som kanske var mer intresserade av implementering av boelska algoritmer än hur man skulle få mer dynamik ur analoga diskreta kretsar. Det blev lite en kamp för överlevnad från analog-folket och ledde till den berömda kritiska åsikten:
Digital?
Every idiot can count to one!
Sagt av en som senare visade att byggande mha monoliter på denna nya tidens sätt, behärskade han snart bättre än de flesta.
https://alchetron.com/Bob-Widlar
Han ligger bakom en specifik typ av analog IC som lite förvånande endast har två ben. Många ser en IC som något som måste ha många ben, IO-portar, jord och spänningsmatning. Men ibland räcker det med två pinnar.
Ytterligare exempel på en IC med endast två ben men som ändå innehåller en rad med olika komponenter:
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lmt01.pdf
Hade kunnat skriva sista raden först men hade den då varit något värd? En rad dioder eller transistorer på ett chip är ingen IC men hade det varit förstått om man hoppat direkt ned till sista meningen?
Vad man trodde en IC var och som man försökte uppfinna var:
En krets bestående av flera olika typer av komponenter, etsade i lager på samma bärare och som samverkar till en konstruktiv krets.