Окончательное руководство по компонентам печатных плат - типы, выбор и сборка

Печатные платы являются основой большинства электронных устройств, представленных на рынке. При их создании мы должны выбрать правильный тип компонентов печатной платы, чтобы добиться желаемой производительности.

Именно поэтому знание их принципов работы очень важно для понимания электроники и сборки собственных устройств.

Следующее руководство покажет вам, как правильно выбрать компоненты печатной платы для использования по назначению.

Типы компонентов печатных плат

В состав печатных плат входят различные компоненты, отличающиеся по сложности. Здесь представлен обзор наиболее распространенных типов компонентов печатных плат:

1. Пассивные компоненты

Типы компонентов печатных плат Пассивные электронные компоненты

Пассивные компоненты - это те компоненты, которые не имеют источника питания. Они потребляют энергию от источника питания, но не генерируют напряжение или ток. Пассивные компоненты могут быть изготовлены из полупроводников или изоляторов.

Назначение

Существует три назначения пассивных компонентов:

Уменьшение тока в цепи увеличивает ее сопротивление.
Ограничение напряжения в цепи.
Накопление энергии в виде электрического или магнитного поля.

Общие материалы

Медь
Никель
Серебро
Палладий

Преимущества

Преимущества пассивных компонентов печатных плат заключаются в следующем:

Они стоят относительно недорого.
Легкий и небольшой по размеру.
Один чип или плата могут интегрировать его с другими компонентами.
Благодаря низким потерям пассивные компоненты могут использоваться в широком диапазоне частот (от 10 Гц до 100 кГц), в отличие от активных устройств.

Приложения

Источники питания: Используется в выпрямителях, конденсаторах и фильтрах.
Аудиоусилители: Используется в фильтрах, конденсаторах и индукторах.
Фильтры: Используется в конденсаторах, индукторах и резисторах для удаления нежелательных частот.
Медицинские изделия: Используется в датчиках и контрольно-измерительных приборах.
Аэрокосмические технологии: Используется в датчиках, навигационных системах и коммуникационном оборудовании.
Промышленная автоматизация: Используется в датчиках, переключателях и системах управления.

Распространенные типы

К наиболее распространенным типам пассивных компонентов относятся:

Резисторы используются для ограничения тока в цепи, выделяя тепло или сопротивление при прохождении через них тока.
Конденсаторы Хранят электрическую энергию, накапливая противоположный заряд на двух проводящих пластинах, разделенных изолятором, например воздухом или пластиком.
Индукторы Создают вокруг себя электромагнитное поле, когда через них проходит ток.

2. Активные компоненты

Типы компонентов печатных плат Активные компоненты

Активные компоненты - это части схемы, которые что-то делают. Это могут быть транзисторы, диоды или усилители.

В простой схеме активный компонент имеет два вывода - положительный и отрицательный. Положительная клемма обычно обозначается на компоненте знаком +, а отрицательная - знаком -. На другом конце компонента также есть точка подключения, называемая базой. Обычно она имеет три штырька:

один для блока питания,
один на землю,
и один, помеченный стрелкой, направленной к клемме +.

Активные компоненты используются в большинстве схем для выполнения какой-либо функции, например усиления или переключения.

Назначение

Эти устройства усиливают или переключатель Электрические сигналы на высоких скоростях. Они могут не только изменять поток электричества, но и переключаться с одного пути на другой.

Общие материалы

Материалы, используемые в активных компонентах печатной платы, включают в себя:

Медная фольга или ламинат с медным покрытием (Cu)
Алюминиевые проводники либо наносятся непосредственно на подложку, либо покрываются толстым слоем меди с помощью гальванического покрытия.
Паяльная маска для покрытия открытых медных дорожек и площадок для предотвращения коррозии и замыкания
Фоторезист используется как защитная пленка при травлении и как паяльная маска при пайке.

Преимущества

Вот некоторые из преимуществ активных компонентов:

Меньше, чем пассивные компоненты
Оставьте больше места на печатной плате для других компонентов.
Потребляют мало энергии
Эффективность преобразования энергии высока. Поэтому они могут преобразовывать в электричество больше энергии, чем потребляют из внешних источников.

Приложения

Ниже перечислены области применения активных компонентов печатной платы:

Контроль частоты: Активные компоненты играют важную роль в регулировании частоты. Благодаря этому устройство работает или функционирует на определенной частоте.
Усиление: Усиление еще одно применение активных компонентов. Это происходит потому, что они увеличивают амплитуду сигнала.
Регулировка напряжения: Еще одно применение схем с активными компонентами - регулирование напряжения. Независимо от колебаний входного напряжения, они помогают регулировать выходное напряжение.
Операция переключения: Коммутация - это еще одно применение схем с активными компонентами, где мы используем их для включения/выключения нагрузки, которая остается подключенной к источнику переменного тока (источнику).

Распространенные типы

Сегодня существует множество различных типов активных компонентов. Некоторые примеры включают:

Транзисторы: Они могут использоваться для усиления и переключения. Транзистор состоит из эмиттера, базы и коллектора.
Диоды: Они позволяют току течь только в одном направлении. У них три вывода (анод, катод и затвор).

Интегральные микросхемы (ИМС): Эти кремниевые чипы содержат множество транзисторов. В большинстве компьютеров они используются для управления центральным процессором (ЦП).

3. Электромеханические компоненты

Типы компонентов печатных плат Электромеханические компоненты

Если механическое изменение, например, вращение двигателя, происходит под воздействием электрического сигнала, то такой компонент является электромеханическим. Как правило, они генерируют магнитное поле с помощью электрического тока, что создает физическое движение. В эту категорию входят реле и переключатели всех типов.

Назначение

В печатной плате электромеханические компоненты служат проводящими дорожками между двумя сторонами.

Общие материалы

В производстве электромеханических компонентов используется множество различных материалов. Вот несколько наиболее распространенных:

Металлические сплавы
Пластмассы
Резина и эластомеры
Стекло

Преимущества

Электромеханические компоненты имеют следующие преимущества:

Обладают высокой точностью позиционирования и скоростью.
Имеют низкий уровень шума.
Длительный срок службы, может служить годами без обслуживания и замены.
Легко устанавливается и имеет небольшой вес.

Приложения

Преобразователи: Датчики, микрофоны и динамики используют эти устройства для преобразования механических движений в электрические сигналы.
Датчики: С помощью этих устройств можно измерять температуру, давление и перемещение в различных областях, таких как автомобильная, аэрокосмическая и медицинская.
Генераторы: Электромеханические генераторы, используемые на электростанциях, ветряных турбинах и гидроэлектростанциях, преобразуют механическую энергию в электрическую.

Распространенные типы

Некоторые типы включают:

Эстафеты: Устройства, позволяющие низковольтной цепи управлять высоковольтной цепью, обычно используются в энергетике и промышленности.
Переключатели: Они могут использоваться для подключения или отключения электрических цепей и включают в себя кнопочные, тумблерные, поворотные и ползунковые переключатели.
Разъемы: Соединяют две или более электрических цепей. Они бывают USB, аудио-, видео- и силовые. Без них электронные устройства не могут функционировать должным образом.

Как выбрать компоненты печатной платы?

Прежде всего, вам нужно решить, что будет делать ваша печатная плата. Вы собираете простой таймер или продвинутый датчик?

Это поможет сузить круг необходимых вам компонентов.

Функциональность: Выбор компонентов, соответствующих требуемым функциям печатной платы.
Размер: Выберите компоненты, которые соответствуют физическим размерам платы.
Сила: Выбирайте компоненты, способные выдержать требования к мощности схемы.
Доступность: Убедитесь, что необходимые компоненты легко доступны и имеются на складе.
Стоимость: Соотношение стоимости компонентов и общего бюджета проекта.
Надежность: Выбирайте компоненты, известные своей надежностью и длительным сроком службы.
Репутация производителя: Выбирая комплектующие для своих печатных плат, обратите внимание на то, как долго они работают и сколько продукции успешно отгрузили. Для тех, кто ищет надежного и опытного производителя компонентов печатных плат, Лангир отличный вариант.

Дизайн и разводка печатных плат

Выбор правильных компонентов для проектирования печатных плат имеет решающее значение для обеспечения оптимальной производительности, надежности и экономической эффективности. Правильный выбор компонентов также обеспечивает их совместимость и доступность.

Важно проконсультироваться с опытным поставщиком, чтобы получить рекомендации по выбору подходящих компонентов для вашей печатной платы.

Лучшие методы разводки печатных плат с различными типами компонентов

Вот несколько лучших практик для разводки печатных плат с различными типами компонентов:

Пассивные компоненты:

Размещайте пассивные компоненты рядом с микросхемой или разъемом, к которому они подключаются.
Групповые пассивные компоненты, такие как фильтрация или соединение сигналов, используются для выполнения одной и той же функции.

Активные компоненты:

Разместите активные компоненты в центре печатной платы, чтобы минимизировать помехи сигналу.
Для снижения уровня шума используйте развязывающие конденсаторы вблизи активных компонентов печатной платы.

Разъемы:

Разместите разъемы на краю печатной платы, чтобы обеспечить легкий доступ.
Ориентируйте разъемы в одном направлении, чтобы обеспечить правильное выравнивание.
Обеспечьте правильное расстояние между разъемами для предотвращения помех.

Питание и заземление:

Для минимизации шума используйте отдельную плоскость для питания и заземления.
Трассы питания и заземления достаточно широкие, чтобы выдержать необходимый ток.

Высокочастотные компоненты:

Размещайте высокочастотные компоненты в местах, где они могут минимизировать влияние паразитных емкостей и индуктивностей.
Используйте короткие трассы для высокочастотных компонентов, чтобы минимизировать потери сигнала.
Используйте специальную плоскость заземления, чтобы свести к минимуму помехи сигналу.

Сборка печатной платы

Сборка печатной платы - это наполнение печатной платы электронными компонентами для создания функционирующего электронного устройства. Этот процесс включает в себя несколько этапов, в том числе выбор компонентов, разводку печатной платы (ПП) и сам процесс сборки.

Типы методов сборки

Существует два основных метода сборки печатных плат:

Сквозное отверстие

Метод сборки печатной платы Сквозное отверстие

Сборки со сквозными отверстиями - самые распространенные и самые простые. Они могут собираться вручную или с помощью автоматизированного оборудования.

Поверхностный монтаж

Метод сборки печатной платы Поверхностный монтаж

Сборки для поверхностного монтажа сложнее собирать из-за их небольшого размера и узкого шага между выводами. Их часто паяют автоматически, используя пайку волной или пайку оплавлением.

Проверка компонентов перед сборкой и предотвращение теплового удара во время пайки очень важны для сборок с поверхностным монтажом, поскольку они менее устойчивы к тепловым нагрузкам, чем компоненты со сквозными отверстиями.

Проверка компонентов перед сборкой

Тестирование компонентов печатной платы перед сборкой гарантирует их соответствие спецификациям и правильное функционирование. Использование этого процесса позволяет избежать дорогостоящих ошибок, которые могут привести к выходу изделия из строя.

Предотвращение теплового удара при пайке

Тепловой удар может возникнуть в процессе пайки, когда температура компонента изменяется слишком быстро. Это может привести к повреждению компонента или печатной платы. Для предотвращения теплового удара нагрев и охлаждение печатной платы и компонентов следует производить постепенно, чтобы снизить риск повреждения.

Техника пайки и сборочное оборудование

Методы и оборудование для пайки включают пайку волной, пайку оплавлением и ручную пайку. В зависимости от объема производства и типа паяемых компонентов оборудование может быть разным.

Поиск и устранение неисправностей компонентов печатной платы

Компоненты печатных плат могут сталкиваться с различными проблемами, такими как отказ, повреждение, неправильная установка и проблемы совместимости. Для устранения неполадок и диагностики этих проблем требуется знание различных типов компонентов и диагностических инструментов.

Общие проблемы с компонентами печатных плат

Печатные платы и их компоненты подвержены следующим проблемам:

Неудача: Перенапряжение, перегрев или неправильное обращение могут привести к выходу из строя компонентов печатной платы.
Повреждения: Компоненты могут быть повреждены при обращении, сборке или эксплуатации, что приводит к выходу из строя печатной платы.
Неправильная установка: Из-за неправильной установки могут возникнуть такие проблемы, как переполюсовка или несоосность.
Проблемы совместимости: Некоторые компоненты печатной платы могут быть несовместимы с печатной платой или другими компонентами.

Поиск неисправностей и диагностика различных типов компонентов

Для устранения неполадок с пассивными и активными компонентами доступны различные диагностические инструменты, включая мультиметры, осциллографы и логические анализаторы. Подобные инструменты позволяют выявить первопричину, например, неисправные компоненты или обрыв трасс.

Техника переделки

Методы переделки включают в себя ремонт или замену поврежденных компонентов на печатной плате. К таким методам относятся пайка, станции для доработки горячим воздухом и паяльники. Очень важно следовать правильным методам доработки, чтобы предотвратить дальнейшее повреждение печатной платы или компонентов.

Будущее компонентов печатных плат

Автоматизация, миниатюризацияВ будущем на развитие компонентов печатных плат будут влиять искусственный интеллект (ИИ).

По мере роста спроса на все более сложные электронные устройства требуются все более компактные и эффективные электронные компоненты. Нанотехнологии играют здесь решающую роль. В нанотехнологиях используются материалы, размеры которых измеряются в нанометрах (нм), или миллиардных долях метра.

Преимущества наноразмерных технологий производства многочисленны, в том числе

Улучшение производительности и эффективности, связанное с меньшими размерами
Повышенная долговечность и надежность благодаря меньшему количеству дефектов
И меньшее потребление энергии.

Системы искусственного интеллекта разрабатываются для использования в транспорте, здравоохранении и других отраслях. За последние несколько лет системы на основе ИИ все чаще используются для решения сложных задач, таких как идентификация изображений, распознавание объектов, распознавание речи и перевод без участия человека. Предлагает понимание огромных массивов данных путем выявления закономерностей, которые человек не может понять.

Размеры оборудования становятся все меньше, а производительность растет быстрее, чем когда-либо, благодаря тенденции к миниатюризации. Благодаря этой тенденции производители теперь могут выпускать высокопроизводительные продукты по минимальной цене.

Заключение

Правильный выбор компонентов, проектирование и сборка имеют решающее значение для успешной работы компонентов печатной платы. Чтобы убедиться, что ваши печатные платы отвечают этим требованиям, необходимо проконсультироваться с таким авторитетным и опытным поставщиком, как Langir.

Благодаря своему опыту в области панельных переключателей, панелей управления и защиты цепей, Лангир поможет вам на всех этапах разработки печатных плат.