Milyen funkciói vannak az áramkörnek?
A nyomtatott áramköri lap vagy PCB szinte minden típusú elektronikus eszközben megtalálható. Ezek a műanyag táblák és beágyazott alkatrészeik biztosítják az alapvető technológiát a számítógépektől a mobiltelefonokon át az okosórákig mindenhez. A NYÁK-on található áramköri csatlakozások lehetővé teszik az elektromos áram hatékony elvezetését a kártya miniatürizált alkatrészei között, helyettesítve ezzel a nagyobb eszközöket és a terjedelmes vezetékeket.
Egy áramköri kártya funkciói
A PC-kártya a tervezett alkalmazástól függően számos számítási, kommunikációs és adatátviteli feladatot végezhet. Az általa elvégzett feladatokon kívül az áramköri lap talán legfontosabb funkciója, hogy lehetőséget biztosítson egy eszköz elektronikájának egy kompakt térbe történő integrálására. A PCB lehetővé teszi az alkatrészek megfelelő csatlakoztatását az áramforráshoz, miközben biztonságosan szigetelve vannak. Ezenkívül az áramköri kártyák olcsóbbak, mint a többi opció, mivel digitális tervezőeszközökkel tervezhetők, és nagy mennyiségben gyárthatók gyári automatizálással.
Egy áramköri kártya összetétele
A modern áramköri lapok általában különböző anyagokból készülnek. A különböző rétegeket laminálási eljárással egyesítik. Sok tábla alapanyaga az üvegszál, amely merev magot biztosít. Ezután jön egy rézfólia réteg a tábla egyik vagy mindkét oldalán. Ezután egy kémiai folyamatot használnak a réznyomok meghatározására, amelyek vezető pályákká válnak. Ezek a nyomok a korábbi elektronikai összeállításoknál alkalmazott pont-pont építési módszerben található kócos huzaltekercselés helyét veszik át.
Egy forrasztómaszk réteg hozzáadják az áramköri laphoz a rézréteg védelmére és szigetelésére. Ez a műanyag réteg a tábla mindkét oldalát fedi, és gyakran zöld. Ezt egy szitanyomásos réteg követi betűkkel, számokkal és egyéb azonosítókkal, amelyek segítik a tábla összeszerelését. Az áramköri kártya alkatrészei többféle módon rögzíthetők a kártyához, beleértve a forrasztást is. Egyes rögzítési módszerek kis lyukakat használnak, amelyek átmenetként ismeretesek amelyek át vannak fúrva az áramköri lapon. Céljuk, hogy az elektromos áram a tábla egyik oldaláról a másikra áramoljon.
Alapáramköri funkció
Egy áramkör vezető anyagból álló hurok, amelyen az elektromosság haladhat. Amikor a hurok zárva van, az áram megszakítás nélkül áramolhat egy áramforrásból, például akkumulátorból a vezető anyagon keresztül, majd vissza az áramforráshoz. Az áramkör kialakítása azon a tényen alapszik, hogy az elektromosság nagyobb teljesítményű feszültségről, amely az elektromos potenciál mértéke, alacsonyabb feszültség felé igyekszik áramolni.
Minden áramkör legalább négy alapelemből áll. Az első elem egy energiaforrás AC vagy DC tápellátáshoz. A második elem egy vezető anyag, például egy huzal, amelyen az energia mozoghat. Ez a vezető út a pálya néven ismert vagy nyomozás . A harmadik elem a terhelés , amely legalább egy olyan komponensből áll, amely a feladat vagy művelet végrehajtásához szükséges energia egy részét elszívja. A negyedik és egyben utolsó elem legalább egy vezérlő vagy váltás az erő áramlásának szabályozására.
A NYÁK-összetevők funkciója
Amikor terhelést helyez be az áramkör zárt útjába, a terhelés felhasználhatja az elektromos áram áramlását olyan műveletek végrehajtására, amelyekhez áramra van szükség. Például egy fénykibocsátó dióda (LED) alkatrészt be lehet állítani úgy, hogy felgyulladjon, amikor áram folyik át az áramkörön, ahová be van helyezve. A terhelésnek energiát kell fogyasztania, mivel a túlterhelés károsíthatja a csatlakoztatott alkatrészeket.
Az áramköri lap legfontosabb összetevői a következők:
- Akkumulátor :Áramellátást biztosít egy áramkör számára, általában egy kétkapcsos eszközön keresztül, amely feszültségkülönbséget biztosít az áramkör két pontja között
- Kondenzátor :Akkumulátorszerű alkatrész, amely gyorsan képes megtartani vagy felszabadítani az elektromos töltést
- Dióda :Vezérli az áramkört az áramköri lapon azáltal, hogy egy irányba kényszeríti azt
- Induktor :Az elektromos áramból származó energiát mágneses energiaként tárolja
- IC (Integrált). Árkör) :Olyan chip, amely sok áramkört és komponenst tartalmazhat miniatürizált formában, és amely jellemzően meghatározott funkciót lát el
- LED (Fény Kiadás Dióda ):Az áramköri lapon vizuális visszajelzés biztosítására használt kis lámpa
- Ellenállás :Ellenállás biztosításával szabályozza az elektromos áram áramlását
- Váltás: Vagy blokkolja az áramot, vagy engedi annak áramlását, attól függően, hogy zárt vagy nyitott
- Tranzisztor :Elektromos jelekkel vezérelt kapcsolótípus
Az áramköri lapon minden egyes komponens egy adott feladatot vagy feladatkészletet hajt végre, amelyet a teljes PCB funkció határoz meg. Egyes alkatrészek, például a tranzisztorok és a kondenzátorok közvetlenül elektromos árammal működnek. Építőelemként szolgálnak az integrált áramkörökként ismert összetettebb komponensekben.
PCB vs. PCBA
A PCBA kifejezés (a Printed Circuit Board Assembly rövidítése) olyan áramköri kártyát ír le, amely teljesen tele van a kártyához rögzített és a réznyomokhoz csatlakoztatott alkatrészekkel. Plug-in szerelvénynek is nevezik. Az olyan táblát, amelyen réznyomok vannak, de nincsenek beszerelve alkatrészek, gyakran csupasz táblának nevezik. vagy egy nyomtatott áramköri lap .
A modern áramköri lapok kialakítása lehetővé teszi, hogy a régebbi huzalba csomagolt kártyáknál alacsonyabb költséggel tömegesen lehessen őket gyártani. Miután a tábla tervezési fázisa speciális számítógépes szoftverek segítségével megtörtént, a gyártás és az összeszerelés – többnyire – automatizált. A PCBA késznek és használatra késznek tekintendő a minőségbiztosítási vizsgálat befejezése után.
Lehetséges áramköri problémák
Nyílt áramkör olyan, amely nincs lezárva vezetékszakadás vagy laza csatlakozás miatt. A megszakadt áramkör nem működik, mert nem tud áramot vezetni. Bár a feszültség elérhető szakadt áramkörben, nincs mód arra, hogy áramoljon. Bizonyos esetekben szakadás szükséges. Például a lámpa be- és kikapcsolására szolgáló kapcsoló nyitja és zárja azt az áramkört, amely a lámpát az áramforráshoz köti.
A hibás áramkör másik típusa a zárlat , amely akkor fordulhat elő, ha túl sok energia áramlik át egy áramkörön, és károsítja a vezető anyagot vagy a tápegységet. Rövidzárlatot okozhat az áramkör két pontja, amelyek akkor kapcsolódnak egymáshoz, amikor nem kellene, például egy tápegység két kivezetését úgy csatlakoztatják, hogy közben nincs terhelés az áram egy részének elvezetése érdekében. A tápegység ilyen módon történő rövidre zárása veszélyes lehet, sőt tüzet vagy robbanást is okozhat.
Az áramköri kártya fejlődése
A vákuumcsövek és az elektromos relék a korai számítógépek alapvető funkcióit látták el. Az integrált áramkörök bevezetése az elektronikai alkatrészek méretének és költségének csökkenéséhez vezetett. Hamarosan olyan áramköri lapokat fejlesztettek ki, amelyek egy korábban egy egész helyiséget elfoglaló eszköz összes vezetékét tartalmazták. Ezek a korai táblák különféle anyagokból készültek, köztük masonitból, bakelitből és kartonból, a csatlakozók pedig oszlopok köré tekert sárgaréz huzalokból álltak.
Az 1940-es évektől kezdődően az áramköri lapok hatékonyabbá és olcsóbbá váltak, amikor a rézhuzal felváltotta a sárgaréz. A korai rézvezetékes táblákat katonai rádiókban használták, az 1950-es évektől pedig már fogyasztói eszközökben is. Azok az egyoldalas kártyák, amelyeknek csak az egyik oldalán voltak vezetékek, hamarosan a jelenleg széles körben használt kétoldalas és többrétegű PCB-kké fejlődtek.
Az 1970-es évektől az 1990-es évekig a PCB-k tervezése bonyolultabbá vált. Ugyanakkor a táblák fizikai mérete és költsége tovább csökkent. Ahogy a táblák sűrűbbé váltak a csatlakoztatott alkatrészekkel, számítógéppel segített tervezési alkalmazásokat (CAD) fejlesztettek ki, hogy segítsék a létrehozásukat. Manapság számos eszköz áll rendelkezésre a digitális NYÁK-tervezéshez, az ingyenes és alacsony költségű opcióktól a teljesen működőképes, magas árú csomagokig, amelyek segítenek a tervezésben, a gyártásban és a tesztelésben.
Az integrált áramkörök szerepe
A modern elektronika nem létezhetne az 1950-es évek végén bevezetett integrált áramkör nélkül. Az IC az áramkörök és alkatrészek, például tranzisztorok, ellenállások és diódák miniatürizált gyűjteménye, amelyek egy számítógépes chipre vannak összeszerelve egy adott funkció végrehajtására. Egyetlen IC chip több ezer vagy akár több millió alkatrészt is tartalmazhat. Az integrált áramkörök leggyakoribb típusai közé tartoznak a logikai kapuk, időzítők, számlálók és váltóregiszterek.
Az alacsony szintű IC-k mellett léteznek bonyolultabb mikroprocesszoros és mikrokontrolleres IC-k is, amelyek képesek számítógépet vagy más eszközt vezérelni. Egyéb összetett integrált áramkörök közé tartoznak a digitális érzékelők, például a gyorsulásmérők és giroszkópok, amelyek mobiltelefonokban és más elektronikus eszközökben találhatók. A nyomtatott áramköri lapok többi részéhez hasonlóan az integrált áramkörök mérete is folyamatosan csökkent az elmúlt néhány évtizedben.
Alkatrész-szerelési technológiák
A korai egyoldalas NYÁK-alkatrészek szerelésénél átmenő lyuktechnológiát alkalmaztak , ahol egy alkatrészt a tábla egyik oldalára rögzítettek, és egy lyukon keresztül a másik oldalon forrasztással rögzítették a vezető huzalnyomokhoz. Bevezetésének idején az átmenő furat technológia előrelépést jelentett a pont-pont konstrukcióhoz képest, de a NYÁK-ban a rögzítéshez fúrt lyukak számos tervezési problémához vezettek, különösen a többrétegű táblák bevezetését követően. Mivel a lyukaknak minden rétegen át kellett haladniuk, a táblán lévő ingatlanok nagy százaléka megszűnt.
Felületi szerelési technológia (SMT) megoldotta az átmenő lyukak okozta problémákat. Az 1990-es években vált széles körben használatba, bár több évtizeddel korábban vezették be. Az alkatrészeket úgy változtatták meg, hogy kis párnákat rögzítettek, amelyeket közvetlenül az áramköri lapra lehet forrasztani, nem pedig vezetéken keresztül. Az SMT lehetővé tette a PCB-gyártók számára, hogy nagyszámú alkatrészt sűrűn csomagoljanak a PCB mindkét oldalára. Ez a fajta rögzítés automatizálással is könnyebben gyártható.
Az SMT-rögzítés nem szüntette meg a lyukak szükségességét az áramköri lapokon. Egyes PCB-tervek továbbra is használnak átmeneteket, hogy lehetővé tegyék a különböző rétegeken lévő komponensek közötti összekapcsolást. Ezek a lyukak azonban nem annyira tolakodóak, mint a korábban az alkatrészek felszereléséhez használt átmenő furatok.
Többrétegű áramköri lapok
A legösszetettebb elektronikus eszközök többrétegű PCB-ket tartalmazhatnak. Ezek a táblák legalább három rétegből állnak vezető anyagból, például rézből, váltakozva szigetelőrétegekkel. A többrétegű táblák általános konfigurációi négy, hat, nyolc vagy tíz rétegből állnak. Az összes réteget össze kell laminálni, hogy ne maradjon levegő a rétegek között. Ez a folyamat általában magas hőmérsékleten és nyomáson történik.
A többrétegű PCB-k előnyei közé tartozik az alkatrészek és áramkörök nagyobb sűrűsége kisebb helyen. Számítógépekhez, fájlszerverekhez, GPS-technológiához, egészségügyi eszközökhöz, valamint műholdas és űrrepülési rendszerekhez használják. A többrétegű tábláknak azonban vannak hátrányai is. Bonyolultabbak, tervezésük és gyártásuk nehezebb, mint az egy- és kétoldalas táblák, ami drágábbá teszi őket. Akkor is nehéz lehet javítani, ha valami elromlik a tábla belső rétegeiben.