اجزای PCB: انواع، توابع و قطعات سخت افزاری

یک برد مدار فقط زمانی کار می کند که با اجزای مناسب پر شود. مقاومت ها، خازن ها، دیودها، ترانزیستورها، آی سی ها، کانکتورها و قطعات ایمنی هر کدام در کنترل، تغذیه و محافظت از مدارها نقش دارند. این مقاله این اجزاء، عملکردها، علائم و کاربردهای آنها را توضیح می دهد و اطلاعات واضح و دقیقی در مورد اصول برد مدار ارائه می دهد.

ج1. بررسی اجمالی اجزای برد مدار  

ج2. صفحه ابریشم و قطبیت در اجزای PCB  

ج3. اجزای برد مدار غیرفعال رایج  

ج4. اجزای مدار گسسته برد  

ج5. اجزای برد مدار مجتمع  

ج6. اجزای اتصال مدار برد  

ج7. اجزای حفاظت از برق برد مدار  

ج8. اجزای الکترومکانیکی و زمان بندی برد مدار  

ج9. سخت افزار پایه PCB  

ج10. بسته های PCB و ردپاها  

ج11. اجزای ایمنی برد مدار  

ج13. پرسش و پاسخهای متداول [سؤالات متداول]

بررسی اجمالی اجزای برد مدار

یک برد مدار بسیار بیشتر از آثار مس متصل به فایبرگلاس است. این قلب هر دستگاه الکترونیکی است. بدون قطعات، PCB فقط یک ورق از مسیرهای مسی عایق است که توانایی انجام وظایف را ندارد. هنگامی که با مقاومت ها، خازن ها، نیمه هادی ها، کانکتورها و دستگاه های حفاظتی پر می شود، به یک سیستم الکترونیکی کامل تبدیل می شود که قادر به تامین نیرو، پردازش و برقراری ارتباط با دستگاه های دیگر است. این عملکرد از تعادل اجزای غیرفعال ناشی می شود که مسئول کنترل جریان جریان، فیلتر کردن سیگنال ها و تقسیم ولتاژها و اجزای فعال هستند که تقویت، تنظیم و محاسبه می کنند.

صفحه ابریشم و قطبیت در اجزای PCB

برچسب های صفحه ابریشم روی بردهای مدار

صفحه ابریشم متن سفید و نمادهای چاپ شده بر روی PCB است. این منابع سریع برای شناسایی قطعات در حین مونتاژ، آزمایش یا تعمیر ارائه می دهد. این علامت ها با ارائه راهنما بدون نیاز به مراجعه به شماتیک در زمان صرفه جویی می کنند.

نشانگرهای رایج صفحه ابریشم

Silkscreen از حروف برای نشان دادن اجزا استفاده می کند:

• R = مقاومت

• C = خازن

• D = دیود

• Q = ترانزیستور

• U / IC = مدار مجتمع

• F = فیوز

• J یا P = اتصال دهنده

• K = رله

شاخص های قطبیت برای اجزا

بسیاری از قطعات جهت دار هستند و باید به درستی نصب شوند. علائم قطبیت عبارتند از:

• دیودها - راه راه کاتد را مشخص می کند

• خازن های الکترولیتی - نماد "-" روی بدنه

• LED ها - سمت صاف کاتد را مشخص می کند

• IC ها - پین 1 که توسط یک نقطه، بریدگی یا پخ شناسایی می شود

اجزای برد مدار منفعل مشترک

اجزای مدار گسسته برد

دیودها

دیودها اجزای اصلی برد مدار هستند که اجازه می دهند جریان فقط در یک جهت جریان یابد. این خاصیت از مدارها در برابر آسیب ولتاژ معکوس محافظت می کند و در یکسو کننده ها، شبکه های گیره و سیستم های حفاظت از نوسانات مورد نیاز است. نماد "D" آنها روی صفحه ابریشم به شناسایی سریع کمک می کند.

دیودهای ساطع کننده نور (LED)

LED ها هم به عنوان نشانگر و هم به عنوان منبع نور روی PCB ها عمل می کنند. آنها برای سیگنال های وضعیت، نور پس زمینه نمایشگر و ایزوله نوری استفاده می شوند. قطبیت باید رعایت شود. کاتد به طور قابل توجهی با یک لبه صاف یا نوار مشخص شده است. کارایی و مصرف کم انرژی آنها را در الکترونیک مدرن ضروری می کند.

ترانزیستورها (BJT ها و ماسفت ها)

ترانزیستورها جریان و ولتاژ را با عمل به عنوان تقویت کننده یا سوئیچ کنترل می کنند. ترانزیستورهای اتصال دوقطبی (BJTs) در تقویت برتری دارند، در حالی که ماسفت ها به دلیل تلفات کم و سرعت بالا بر سوئیچینگ قدرت تسلط دارند. در PCB ها، آنها عمدتا در تنظیم برق، منطق دیجیتال و پردازش سیگنال هستند.

تنظیم کننده های ولتاژ

تنظیم کننده های ولتاژ اطمینان حاصل می کنند که یک مدار ولتاژ ثابت و پایدار دریافت می کند، حتی زمانی که منبع تغذیه متفاوت است. خروجی های رایج شامل 5 ولت، 3.3 ولت و 12 ولت است. آنها که در هر دو نوع خطی و سوئیچینگ یافت می شوند، برای تامین انرژی آی سی ها و بارهای حساس بسیار مهم هستند. اینها به عنوان U یا IC روی نشانگرهای صفحه ابریشم برچسب گذاری می شوند.

اجزای برد مدار مجتمع

اجزای اتصال مدار برد

هدرها و سوکت های پین

هدرها و پریزهای پین به طور گسترده ای برای اتصالات مدولار استفاده می شوند. آنها امکان گسترش، آزمایش یا جایگزینی آسان ماژول ها را فراهم می کنند. آنها که در تابلوهای توسعه، سپرهای آردوینو و سیستم های تعبیه شده یافت می شوند، نمونه سازی و ارتقاء را ساده می کنند.

کانکتورهای USB

کانکتورهای USB - Type-A، Type-B، Type-C و Micro-USB- رابط جهانی برای انتقال داده و انتقال برق هستند. در بردهای مدار، آنها از شارژ، ارتباطات و اتصال جانبی از طریق الکترونیک، لپ تاپ و تجهیزات صنعتی پشتیبانی می کنند.

اتصالات کواکسیال RF

کانکتورهای RF مانند SMA، MMCX و U.FL برای کاربردهای فرکانس بالا طراحی شده اند. آنها حداقل از دست دادن سیگنال و عملکرد پایدار را در دستگاه های ارتباطی بی سیم تضمین می کنند, آنتن ها, و ماژول های اینترنت اشیا.

اتصالات لبه

کانکتورهای لبه در خود لبه PCB ادغام شده اند و با شکاف های مادربردها یا بردهای انبساط جفت می شوند. آنها در پردازنده های گرافیکی، کارت های PCIe و ماژول های حافظه رایج هستند، هم سیگنال های قدرت و هم سیگنال های پرسرعت را به طور موثر مدیریت می کنند.

اجزای حفاظت از قدرت برد مدار

فیوزها

فیوزها دستگاه های فداکاری هستند که با F روی PCB ها برچسب گذاری شده اند. آنها هنگام جریان بیش از حد مدار را می شکنند و از گرمای بیش از حد و خطرات آتش سوزی جلوگیری می کنند. آنها که در نزدیکی خطوط ورودی برق قرار می گیرند، اولین سطح دفاع در برابر خطاها هستند.

دیودهای TVS

دیودهای سرکوب ولتاژ گذرا (TVS) که به عنوان D مشخص شده اند، جهش های ناگهانی ولتاژ ناشی از تخلیه الکترواستاتیک (ESD) یا نوسانات را می گیرند. آنها در نزدیکی پورت های USB، اترنت و HDMI قرار گرفته اند تا از خطوط داده و آی سی ها در برابر آسیب های گذرا محافظت کنند.

واریستورهای اکسید فلز (MOVs)

MOV ها مقاومت های غیرخطی هستند که نوسانات پرانرژی را از برق AC جذب می کنند. آنها که در نقاط ورودی مدار نصب می شوند، با منحرف کردن ایمن انرژی اضافی، از دستگاه ها در برابر صاعقه یا شبکه های برق ناپایدار محافظت می کنند.

دانه های فریت

دانه های فریت که به عنوان FB مشخص شده اند، به عنوان فیلتر برای جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی فرکانس بالا (EMI) عمل می کنند. آنها در نزدیکی رگولاتورها و پین های ورودی/خروجی قرار می گیرند، نویز سوئیچینگ را سرکوب می کنند و پایداری مدار را بهبود می بخشند.

اجزای الکترومکانیکی و زمان بندی برد مدار

سوئیچ ها

سوئیچ ها از اساسی ترین قطعات الکترومکانیکی PCB هستند. آنها به عنوان انواع لمسی، اسلاید یا DIP در دسترس هستند، به شما امکان می دهند ورودی مستقیم ارائه دهید، حالت های منطقی را پیکربندی کنید یا عملکردهایی مانند تنظیم مجدد، روشن/خاموش یا انتخاب حالت را راه اندازی کنید.

رله ها

رله ها به یک مدار کنترل کم مصرف اجازه می دهند تا بارهای پرقدرت را با خیال راحت تغییر دهد. با استفاده از سیم پیچ الکترومغناطیسی برای باز یا بستن کنتاکت ها، آنها جداسازی الکتریکی بین سیگنال های منطقی و بارهای سنگین را فراهم می کنند. رایج در اتوماسیون، کنترل موتور و PCB های صنعتی.

کریستال ها

کریستال های کوارتز سیگنال های ساعت بسیار پایدار را در محدوده مگاهرتز ارائه می دهند. اینها در زمان بندی میکروکنترلر، ارتباط داده ها و مدارهای همگام سازی ضروری هستند و عملکرد قابل اعتماد را در سیستم های دیجیتال تضمین می کنند.

اسیلاتورها

اسیلاتورها ماژول های ساعت مستقل هستند که فرکانس ثابتی را بدون اجزای خارجی اضافی تولید می کنند. آنها در پردازنده ها، ماژول های ارتباطی و مدارهای زمان بندی برای اطمینان از عملکرد پایدار و دقیق استفاده می شوند.

سخت افزار پایه PCB

بن بست

ایستاده ها PCB را از شاسی یا سطح نصب جدا می کنند. با جلوگیری از تماس مستقیم، استرس مفصل لحیم کاری را کاهش می دهند، از آثار شورت محافظت می کنند و اجازه جریان هوا در زیر تخته را می دهند. این اسپیسر کوچک به جلوگیری از ترک خوردگی لحیم کاری ناشی از خم شدن تخته یا لرزش کمک می کند.

براکت

براکت ها کانکتورهایی مانند پورت های USB، HDMI یا اترنت را به شاسی ایمن می کنند. بدون آنها، وصل کردن و جدا کردن کابل ها فشار مکرری را به خود PCB وارد می کند و منجر به ترک و بلند شدن لنت ها می شود. براکت ها بار مکانیکی را به قاب منتقل می کنند و عمر اتصال را افزایش می دهند.

راهنمای کارت

راهنماهای کارت بردهای پلاگین را تراز و تثبیت می کنند. آنها لرزش را کاهش می دهند، درستن/حذف را آسان می کنند و از خم شدن کانکتورهای لبه جلوگیری می کنند. در محیط های صنعتی یا خودرویی با شوک مداوم، راهنماهای کارت برای دوام طولانی مدت حیاتی هستند.

پدهای حرارتی و هیت سینک ها

اجزایی مانند تنظیم کننده های ولتاژ، ماسفت ها یا CPU ها گرما تولید می کنند که عملکرد را کاهش می دهد و طول عمر را کاهش می دهد. پدهای حرارتی انتقال حرارت به هیت سینک ها را بهبود می بخشند، در حالی که هیت سینک ها گرما را در هوای اطراف دفع می کنند. آنها از گرمای بیش از حد جلوگیری می کنند و قابلیت اطمینان سیستم را حفظ می کنند.

بسته های PCB و ردپاها

از طریق سوراخ (THT)

قطعات سوراخ شده از سرنخ هایی استفاده می کنند که در سوراخ های حفر شده قرار می گیرند و در طرف مقابل لحیم می شوند. آنها پشتیبانی مکانیکی قوی ارائه می دهند، برای لرزش و استرس عالی هستند و نمونه اولیه آنها آسان است. با این حال، آنها فضای بیشتری را اشغال می کنند، مونتاژ آهسته دارند و برای طرح بندی های جمع و جور ایده آل نیستند. آنها در کانکتورها، رله ها و اجزای برق رایج هستند.

دستگاه های نصب سطحی (SMD)

SMD ها مستقیما روی پدهای PCB بدون حفاری قرار می گیرند. آنها جمع و جور، سبک وزن و مناسب برای مونتاژ خودکار و با چگالی بالا هستند. جنبه های منفی لحیم کاری دستی سخت تر، الزامات دقیق و استحکام مکانیکی کمتر است. آنها بر الکترونیک مانند گوشی های هوشمند تسلط دارند, لپ تاپ, و دستگاه های اینترنت اشیا.

BGA / QFN و بسته های پیشرفته

بسته های BGA و QFN لنت های لحیم کاری یا توپ را در زیر قطعه قرار می دهند و تعداد پین های بالا و عملکرد عالی را در یک فضای کوچک امکان پذیر می کنند. آنها نیاز به لحیم کاری مجدد ، بازرسی اشعه ایکس دارند و کار مجدد آنها دشوار است. اینها در CPU ها، SoC ها، GPU ها و تراشه های RF برای سیستم های با کارایی بالا استفاده می شوند.

اجزای ایمنی برد مدار

• ترخیص کالا از گمرک حداقل فاصله هوا بین دو هادی است. در صورت وجود ولتاژهای بالا از قوس در هوا جلوگیری می کند.

• خزش حداقل فاصله سطح در امتداد PCB بین هادی ها است. از ردیابی جریان نشت و سطح جلوگیری می کند.

• این فواصل برای عملکرد ایمن و قابل اعتماد PCB در مدارهای ولتاژ بالا مانند منابع تغذیه، اینورترها و درایوهای موتور مورد نیاز است.

• فاصله مورد نیاز به ولتاژ عملیاتی بستگی دارد: ولتاژهای بالاتر نیاز به خزش و ترخیص بیشتر دارند.

• درجه آلودگی بر خطر تأثیر می گذارد: محیط های تمیز امکان فاصله تنگ تر را فراهم می کنند، در حالی که شرایط مرطوب، گرد و غبار یا صنعتی به فاصله بیشتری نیاز دارند.

• مواد CTI کیفیت عایق را تعریف می کند. رتبه CTI بالاتر به این معنی است که PCB می تواند با خیال راحت مسیرهای خزش کوتاه تر را تحمل کند.

• استانداردهای ایمنی بین المللی (IEC، UL) حداقل مقادیر ترخیص کالا از گمرک و خزش را برای ولتاژها، مواد و محیط های مختلف ارائه می دهد.

نتیجه

اجزای برد مدار هسته اصلی هر دستگاه الکترونیکی هستند. از قطعات غیرفعال مانند مقاومت ها گرفته تا آی سی های پیچیده و دستگاه های حفاظتی، هر کدام ثبات، عملکرد و ایمنی را تضمین می کنند. آنها با هم تعریف می کنند که یک سیستم چقدر قابل اعتماد و کارآمد می شود و درک آنها را برای هر کسی که با الکترونیک کار می کند، اصول اولیه می کند.

پرسش و پاسخهای متداول [سؤالات متداول]

خازن های جداکننده برای چه مواردی استفاده می شوند؟

آنها منبع تغذیه آی سی را با فیلتر کردن نویز و ارائه انفجارهای سریع انرژی تثبیت می کنند.

چگونه می توانید اجزای PCB تقلبی را تشخیص دهید؟

علامت گذاری ضعیف، لوگوهای اشتباه، بسته بندی ناهموار را بررسی کنید و همیشه از توزیع کنندگان قابل اعتماد خرید کنید.

نقاط تست روی PCB چیست؟

آنها پدها یا پین هایی هستند که به شما امکان می دهند سیگنال ها و ولتاژها را برای اشکال زدایی و آزمایش اندازه گیری کنید.

ویاهای حرارتی چگونه به طراحی PCB کمک می کنند؟

آنها گرما را از اجزا به لایه های مسی دیگر منتقل می کنند و خنک کننده و قابلیت اطمینان را بهبود می بخشند.

تفاوت بین پوشش منسجم و گلدان چیست؟

پوشش یک لایه محافظ نازک است، در حالی که گلدان به طور کامل PCB را برای محافظت قوی تر محصور می کند.

چرا کاهش رتبه بندی قطعات مورد نیاز است؟

با استفاده از قطعات کمتر از حداکثر امتیاز آنها استرس را کاهش می دهد و قابلیت اطمینان و طول عمر را بهبود می بخشد.