Piirilevykomponentit: tyypit, toiminnot, ja laitteiston osat

Piirilevy toimii vain, kun se on täytetty oikeilla komponenteilla. Vastuksilla, kondensaattoreilla, diodeilla, transistoreilla, IC:illä, liittimillä ja turvaosilla on kukin rooli piirien ohjaamisessa, virransyötössä ja suojaamisessa. Tässä artikkelissa selitetään nämä komponentit, niiden toiminnot, merkinnät ja käyttötarkoitukset ja annetaan selkeää ja yksityiskohtaista tietoa piirilevyn perusteista.

Piirilevyn komponenttien yleiskatsaus

Piirilevy on paljon enemmän kuin lasikuituun sidotut kuparijäljet; Se on jokaisen elektronisen laitteen sydän. Ilman komponentteja, piirilevy on vain eristettyjen kuparireittien levy, jolla ei ole kykyä suorittaa tehtäviä. Kun se on täytetty vastuksilla, kondensaattoreilla, puolijohtilla, liittimillä ja suojalaitteilla, se muuttuu täydelliseksi elektroniseksi järjestelmäksi, joka pystyy syöttämään, käsittelemään ja kommunikoimaan muiden laitteiden kanssa. Toiminnallisuus tulee passiivisten komponenttien tasapainosta, jotka vastaavat virran ohjaamisesta, signaalien suodattamisesta ja jännitteiden jakamisesta, sekä aktiivisten komponenttien tasapainosta, jotka vahvistavat, säätelevät ja laskevat.

Silkkipaino ja napaisuus piirilevykomponenteissa

Silkkipainotarrat piirilevyillä

Silkkipaino on piirilevylle painettu valkoinen teksti ja symbolit. Se tarjoaa nopeita viitteitä komponenttien tunnistamiseen kokoonpanon, testauksen tai korjauksen aikana. Nämä merkinnät säästävät aikaa tarjoamalla oppaan ilman, että niiden tarvitsee aina viitata kaavioon.

Yleiset silkkipainomerkinnät

Silkkipaino käyttää kirjaimia edustamaan komponentteja:

• R = Vastus

• C = Kondensaattori

• D = diodi

• Q = Transistori

• U / IC = integroitu piiri

• F = sulake

• J tai P = Liitin

• K = Rele

Komponenttien napaisuuden ilmaisimet

Monet osat ovat suunnattuja ja ne on asennettava oikein. Napaisuusmerkkejä ovat:

• Diodit - raita merkitsee katodia

• Elektrolyyttikondensaattorit - "–"-symboli rungossa

• LEDit - litteä puoli merkitsee katodin

• IC:t - Nasta 1 merkitään pisteellä, lovella tai viisteellä

Yleiset passiiviset piirilevykomponentit

Erilliset piirilevykomponentit

Diodit

Diodit ovat piirilevyn peruskomponentteja, jotka päästävät virran kulkemaan vain yhteen suuntaan. Tämä ominaisuus suojaa piirejä käänteisjännitevaurioilta, ja sitä tarvitaan tasasuuntaajissa, kiinnitysverkoissa ja ylijännitesuojajärjestelmissä. Niiden symboli "D" silkkipainossa helpottaa nopeaa tunnistamista.

Valodiodit (LEDit)

LEDit toimivat sekä merkkivaloina että valonlähteinä piirilevyissä. Niitä käytetään tilasignaaleihin, näytön taustavaloon ja optoeristykseen. Napaisuutta on noudatettava; katodi on merkitty selvästi litteällä reunalla tai raidalla. Niiden tehokkuus ja alhainen virrankulutus tekevät niistä välttämättömiä nykyaikaisessa elektroniikassa.

Transistorit (BJT:t ja MOSFET:t)

Transistorit ohjaavat virtaa ja jännitettä toimimalla vahvistimina tai kytkiminä. Bipolaariset liitostransistorit (BJT) ovat erinomaisia vahvistuksessa, kun taas MOSFETit hallitsevat virranvaihtoa pienten häviöiden ja suuren nopeuden vuoksi. Piirilevyissä ne ovat pääasiassa tehonsäätelyssä, digitaalisessa logiikassa ja signaalinkäsittelyssä.

Voltage Säätimet

Jännitteensäätimet varmistavat, että piiri saa tasaisen, vakaan jännitteen, vaikka syöttö vaihtelee. Yleisiä lähtöjä ovat 5V, 3.3V ja 12V. Niitä löytyy sekä lineaarisista että kytkentätyypeistä, ja ne ovat ratkaisevan tärkeitä mikropiirien ja herkkien kuormien virransyötössä. Nämä on merkitty U:lla tai IC:llä silkkipainomerkinnöissä.

Integroidut piirilevykomponentit

Piirilevyn liitäntäkomponentit

Nastaotsikot ja pistorasiat

Nastaotsikoita ja pistorasioita käytetään laajalti modulaarisiin liitäntöihin. Ne mahdollistavat moduulien helpon laajentamisen, testauksen tai vaihtamisen. Niitä löytyy kehityslevyistä, Arduino-suojuksista ja sulautetuista järjestelmistä, ja ne tekevät prototyyppien luomisesta ja päivityksistä yksinkertaisia.

USB-liittimet

USB-liittimet - Type-A, Type-B, Type-C ja Micro-USB - ovat universaali liitäntä tiedonsiirtoon ja virransyöttöön. Piirilevyillä ne tukevat latausta, viestintää ja oheislaitteiden liitettävyyttä elektroniikassa, kannettavissa tietokoneissa ja teollisuuslaitteissa.

RF-koaksiaaliliittimet

RF-liittimet, kuten SMA, MMCX ja U.FL, on suunniteltu korkeataajuisiin sovelluksiin. Ne takaavat minimaalisen signaalihäviön ja vakaan suorituskyvyn langattomissa viestintälaitteissa, antenneissa ja IoT-moduuleissa.

Reunan liittimet

Reunaliittimet on integroitu itse piirilevyn reunaan ja sopivat emolevyjen tai laajennuskorttien aukkoihin. Ne ovat yleisiä GPU:issa, PCIe-korteissa ja muistimoduuleissa, ja ne käsittelevät sekä tehoa että nopeita signaaleja tehokkaasti.

Piirilevyn virransuojakomponentit

Sulakkeet

Sulakkeet ovat uhrauslaitteita, jotka on merkitty piirilevyillä F-kirjaimella. Ne katkaisevat piirin, kun virtaa liikaa, mikä estää ylikuumenemisen ja palovaaran. Virransyöttölinjojen lähelle sijoitettuna ne ovat ensimmäinen suojaustaso vikoja vastaan.

TVS-diodit

Transient Voltage Suppression (TVS) -diodit, jotka on merkitty D:llä, clamp äkillinen voltage piikkejä, jotka johtuvat sähköstaattisesta purkauksesta (ESD) tai ylijännitteistä. Ne on sijoitettu lähelle USB-, Ethernet- ja HDMI-portteja suojaamaan datalinjoja ja mikropiirejä ohimeneviltä vaurioilta.

Metallioksidivaristorit (MOV)

MOV:t ovat epälineaarisia vastuksia, jotka absorboivat suurienergisiä piikkejä vaihtovirtaverkosta. Piirien sisääntulopisteisiin asennettuna ne suojaavat laitteita salamaniskuilta tai epävakailta sähköverkoilta ohjaamalla ylimääräisen energian turvallisesti.

Ferriittihelmet

Ferriittihelmet, jotka on merkitty FB:ksi, toimivat suodattimina, jotka estävät korkeataajuisia sähkömagneettisia häiriöitä (EMI). Säätimien ja tulo-/lähtönastojen lähelle sijoitettuna ne vaimentavat kytkentäkohinaa ja parantavat piirin vakautta.

Piirilevyn sähkömekaaniset ja ajoituskomponentit

Kytkimet

Kytkimet ovat piirilevyn alkeellisimpia sähkömekaanisia osia. Saatavana tunto-, liuku- tai DIP-tyyppeinä, niiden avulla voit tarjota suoran syötteen, määrittää logiikkatiloja tai laukaista toimintoja, kuten nollauksen, virran päälle/pois tai tilan valinnan.

Releet

Releiden avulla pienitehoinen ohjauspiiri voi kytkeä suuritehoisia kuormia turvallisesti. Käyttämällä sähkömagneettista kelaa koskettimien avaamiseen tai sulkemiseen ne tarjoavat sähköisen eristyksen logiikkasignaalien ja raskaiden kuormien välillä. Yleinen automaatiossa, moottorinohjauksessa, ja teollisuuden piirilevyissä.

Kiteet

Kvartsikiteet tarjoavat erittäin vakaita kellosignaaleja MHz-alueella. Nämä ovat välttämättömiä mikro-ohjainten ajoituksessa, tiedonsiirrossa ja synkronointipiireissä, mikä varmistaa luotettavan suorituskyvyn kaikissa digitaalisissa järjestelmissä.

Oskillaattorit

Oskillaattorit ovat itsenäisiä kellomoduuleja, jotka tuottavat kiinteän taajuuden ilman ulkoisia lisäkomponentteja. Niitä käytetään prosessoreissa, viestintämoduuleissa ja ajoituspiireissä vakaan ja tarkan toiminnan varmistamiseksi.

Piirilevyn peruslaitteisto

Erot

Erottimet erottavat piirilevyn rungosta tai asennuspinnasta. Estämällä suoran kosketuksen ne vähentävät juotosliitoksen rasitusta, suojaavat jälkiä oikosululta ja mahdollistavat ilmavirran levyn alla. Tämä pieni välikappale auttaa estämään juotoksen halkeilun levyn taipumisesta tai tärinästä.

Kiinnikkeet

Kiinnikkeet kiinnittävät koteloon liittimet, kuten USB-, HDMI- tai Ethernet-portit. Ilman niitä, kaapeleiden kytkeminen ja irrottaminen rasittaa toistuvasti itse piirilevyä, mikä johtaa halkeamiin ja kohotettuihin tyynyihin. Kiinnikkeet siirtävät mekaanisen kuormituksen runkoon, mikä pidentää liittimen käyttöikää.

Korttien oppaat

Kortinohjaimet kohdistavat ja vakauttavat plug-in-kortteja. Ne vähentävät tärinää, helpottavat asettamista/poistamista ja estävät reunaliittimiä taipumasta. Teollisuus- tai autoympäristöissä, joissa on jatkuvia iskuja, korttiohjaimet ovat elintärkeitä pitkän aikavälin kestävyyden kannalta.

Lämpötyynyt ja jäähdytyselementit

Komponentit, kuten jännitteensäätimet, MOSFETit tai CPU:t, tuottavat lämpöä, joka heikentää suorituskykyä ja lyhentää käyttöikää. Lämpötyynyt parantavat lämmönsiirtoa jäähdytyselementteihin, kun taas jäähdytyselementit haihduttavat lämpöä ympäröivään ilmaan. Ne estävät ylikuumenemisen ja ylläpitävät järjestelmän luotettavuutta.

Piirilevypakkaukset ja jalanjäljet

Läpimenevä reikä (THT)

Läpireikäosissa käytetään johtimia, jotka on työnnetty porattuihin reikiin ja juotettu vastakkaiselle puolelle. Ne tarjoavat vahvan mekaanisen tuen, kestävät erinomaisesti tärinää ja rasitusta, ja niistä on helppo valmistaa prototyyppejä. Ne vievät kuitenkin enemmän tilaa, hidastavat kokoamista eivätkä ole ihanteellisia kompakteihin asetteluihin. Ne ovat yleisiä liittimissä, releissä ja tehokomponenteissa.

Pinta-asennettavat laitteet (SMD)

SMD:t istuvat suoraan piirilevytyynyillä ilman poraamista. Ne ovat kompakteja, kevyitä ja täydellisiä automaattiseen, tiheään kokoonpanoon. Huonoja puolia ovat kovempi manuaalinen juottaminen, tarkkuusvaatimukset ja pienempi mekaaninen lujuus. Ne hallitsevat elektroniikkaa, kuten älypuhelimia, kannettavia tietokoneita ja IoT-laitteita.

BGA / QFN ja Advanced-paketit

BGA- ja QFN-paketit sijoittavat juotostyynyt tai -pallot komponentin alle, mikä mahdollistaa korkean nastamäärän ja erinomaisen suorituskyvyn pienessä tilassa. Ne vaativat uudelleenvirtausjuottamista, röntgentarkastusta, ja niitä on vaikea työstää. Näitä käytetään suorittimissa, SoC:issa, GPU:issa ja RF-siruissa korkean suorituskyvyn järjestelmissä.

Piirilevyn turvakomponentit

• Välys on pienin ilmarako kahden johtimen välillä. Se estää valokaaren muodostumisen ilmassa, kun jännitteet ovat läsnä.

• Ryömintä on pienin pintaetäisyys piirilevyä pitkin johtimien välillä. Se estää vuotovirran ja pinnan seurannan.

• Näitä etäisyyksiä tarvitaan piirilevyn turvalliseen ja luotettavaan toimintaan suurjännitepiireissä, kuten virtalähteissä, inverttereissä ja moottorikäytöissä.

• Tarvittava etäisyys riippuu käyttöjännitteestä: korkeammat jännitteet vaativat suurempaa ryömintää ja välystä.

• Saasteaste vaikuttaa riskiin: puhtaat ympäristöt mahdollistavat pienemmät etäisyydet, kun taas kosteat, pölyiset tai teolliset olosuhteet vaativat enemmän etäisyyttä.

• Materiaalin CTI määrittelee eristeen laadun. Korkeampi CTI-luokitus tarkoittaa, että piirilevy sietää turvallisesti lyhyempiä ryömintäpolkuja.

• Kansainväliset turvallisuusstandardit (IEC, UL) tarjoavat vähimmäisvälys- ja ryömintäarvot eri jännitteille, materiaaleille ja ympäristöille.

Johtopäätös

Piirilevykomponentit ovat jokaisen elektronisen laitteen ydin. Passiivisista osista, kuten vastuksista, monimutkaisiin IC:ihin ja suojalaitteisiin, jokainen varmistaa vakauden, suorituskyvyn ja turvallisuuden. Yhdessä he määrittelevät, kuinka luotettava ja tehokas järjestelmästä tulee, mikä tekee heidän ymmärryksestään perusasiat kaikille elektroniikan parissa työskenteleville.

Usein kysytyt kysymykset [FAQ]

Mihin irrotuskondensaattoreita käytetään?

Ne vakauttavat IC-virtalähdettä suodattamalla kohinaa ja tarjoamalla nopeita energiapurkauksia.

Kuinka voit havaita väärennetyt piirilevykomponentit?

Tarkista huonot merkinnät, väärät logot, epätasainen pakkaus ja osta aina luotettavilta jälleenmyyjiltä.

Mitä ovat piirilevyn testipisteet?

Ne ovat tyynyjä tai nastoja, joiden avulla voit mitata signaaleja ja jännitteitä virheenkorjausta ja testausta varten.

Kuinka lämpöläpiviennit auttavat piirilevyjen suunnittelussa?

Ne siirtävät lämpöä komponenteista muihin kuparikerroksiin, mikä parantaa jäähdytystä ja luotettavuutta.

Mitä eroa on mukautuvalla pinnoitteella ja valulla?

Pinnoite on ohut suojakerros, kun taas ruukku kapseloi piirilevyn kokonaan vahvemman suojan takaamiseksi.

Miksi komponenttien vähennys vaaditaan?

Se vähentää rasitusta käyttämällä osia, jotka ovat alle niiden maksimiarvon, mikä parantaa luotettavuutta ja käyttöikää.