Integrierte Schaltungen (IC)

Integrierte Schaltkreise im DIL-Gehäuse

Viele Schaltungen oder Schaltungsteile kommen in der praktischen Elektronik immer wieder vor. Um diese teilweise komplexen Schaltungen nicht immer wieder neu aufbauen oder erfinden zu müssen, werden sie in eine integrierte Schaltung (IS = Integrierter Schaltkreis) zusammengefasst und in einem Gehäuse vergossen.

Vorteile integrierter Schaltungen

  • preisgünstig
  • platzsparend
  • betriebssicher

Nachteile integrierter Schaltungen

  • defektes IC schwer zu erkennen
  • zum Auslöten ist ein Spezialwerkzeug notwendig
  • wegen Typenvielfalt (Spezialtypen) schwere Ersatzteilbeschaffung

Analoge ICs

In analogen ICs sind vor allem Hoch- und Niederfrequenzverstärker, regelbare Verstärker, Mischstufen, Filterschaltungen, Operationsverstärker, Instrumentationsverstärker, Leistungsverstärker, Referenzspannungsquellen, Spannungsregler, Sample-/Hold-, Aktor- (Motion-Control) und Sensorschaltungen enthalten.
Spulen (Gyratoren) mit sehr hoher Induktivität und sehr hoher Güte und Kondensatoren mit sehr hoher Kapazität werden durch Schaltungen mit Operationsverstärker, Widerständen und Kondensatoren mit niedrigen Kapazitäten nachgebildet. Diese Schaltungen eignen sich für Signalverarbeitungszwecke, aber nicht für große Ströme und große Leistungen.

Eine Schaltung wirkt wie eine Spule, wenn die Spannung dem Strom um 90° vorauseilt (Phasenverschiebung).
Eine Schaltung wirkt wie ein Kondensator, wenn der Strom der Spannung um 90° vorauseilt (Phasenverschiebung).

Digitale ICs

Digitale ICs enthalten Schaltungen, die digitale Zustände verarbeiten und logische Verknüpfungen aus der Digitaltechnik enthalten.
Sie werden in Bipolar-Technik oder in MOS-Technik hergestellt. MOS-Schaltungen sind besonders billig herzustellen und haben eine geringere Stromaufnahme.

Monolithische integrierte Schaltungen

Durch die Planartechnik ist es möglich alle Komponenten einer Schaltung in einem Fertigungsprozess auf einem Siliziumplättchen, dem sogenannten Chip, unterzubringen. Da die Bauelemente in einem IC keine äußeren Anschlüsse haben, spricht man von Schalt- oder Funktionselementen.

Integrationsgrad

Der Integrationsgrad bezeichnet die Anzahl der Transistoren in einem integrierten Schaltkreis. Statt Transistoren können auch Logikgatter gemeint sein. Man spricht dann von logischer Komplexität. Für die Integrationsdichte gibt es keine fest definierte Standardeinheit.
Die Integrationsstufen LSI und VLSI erfordern rechnerunterstützte Entwurfsmethoden (z. B. CAD).

  • SSI (Small Scale Integration)
    Bis zu 100 Funktionselemente auf einer Chip-Fläche von 3 mm2.
    Anwendungen: digitale Gatter (Logikelemente)
  • MSI (Medium Scale Integration)
    Bis zu 1.000 Funktionselemente auf einer Chip-Fläche von 8 mm2.
    Anwendungen: analog-digital kombinierte Schaltungen
  • LSI (Large Scale Integration)
    Bis zu 100.000 Funktionselemente auf einer Chip-Fläche von 20 mm2.
    Anwendungen: analog-digital kombinierte Schaltungen, Speicher, Mikroprozessoren
  • VLSI (Very Large Scale Integration)
    Über 100.000 Funktionselemente auf einer Chip-Fläche von 30 mm2.
    Anwendungen: Speicher, Mikroprozessoren
  • ULSI (Ultralarge Scale Integration)
    1.000.000 bis 10.000.000 Funktionselemente

DIL-Gehäuse

Fast alle ICs gibt es in unterschiedlichen Gehäuseformen. Die unterscheiden sich nicht nur in der Größe, sondern hauptsächlich in der Art der Anschlusspins und wie die mit der restlichen Schaltung verbunden werden. Also beispielsweise, ob das IC löt- oder steckbar ist. In der Hobby-Elektronik werden ICs gerne mit DIL- bzw. DIP-Gehäuse verwendet. Diese eignen sich zum Stecken in eine Fassung und zum Verlöten auf eine Platine.

Gehäuse DIL8/DIP8 DIL14/DIP14 DIL16/DIP16
Foto DIP8 DIL14 DIL16
Zählung der
Anschlüsse
DIL8-Gehäuse DIL14-Gehäuse DIL16-Gehäuse

Wenn man auf die beschriftete Seite des ICs schaut, kann man an einer kurzen Seite eine Einkerbung entdecken. Diese Einkerbung kennzeichnet „oben“. Links von der Einkerbung beginnt die Nummerierung der Pins von 1 an nach unten gegen den Uhrzeigersinn zu zählen.

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