לוח מעגלים עובד רק כאשר הוא מלא ברכיבים הנכונים. נגדים, קבלים, דיודות, טרנזיסטורים, מעגלים-משולבים, מחברים וחלקי בטיחות ממלאים תפקיד בבקרה, הספקת-כוח והגנה על מעגלים. מאמר זה מסביר רכיבים אלה, את הפונקציות, הסימונים והשימושים שלהם, ונותן מידע ברור ומפורט על יסודות המעגלים.
ג1. סקירה כללית של רכיבי לוח המעגלים
ג2. מסך משי וקוטביות ברכיבי PCB
ג3. רכיבי לוח מעגלים פסיביים נפוצים
ג4. רכיבי לוח מעגלים בדידים
ג5. רכיבי לוח מעגלים משולבים
ג6. רכיבי חברור לוח מעגלים
ג7. רכיבי הגנת הספקת-כוח בלוח מעגלים
ג8. רכיבים אלקטרומכניים ותזמון של לוח מעגלים
ג9. חומרת PCB בסיסית
ג10. מארזי PCB וחתימות-שטח
ג11. רכיבי בטיחות למעגלים
ג12. מסקנה
ג13. שאלות נפוצות [שאלות נפוצות]
סקירת רכיבי המעגלים
לוח מעגלים הוא הרבה יותר מעקבות נחושת המחוברים לפיברגלס; זה הלב של כל מכשיר אלקטרוני. ללא רכיבים, PCB הוא רק יריעה של מסלולי נחושת מבודדים ללא יכולת לבצע משימות. לאחר שהוא מאוכלס בנגדים, קבלים, מוליכים-למחצה, מחברים והתקני הגנה, הוא הופך למערכת אלקטרונית שלמה המסוגלת להספק, לעבד ולתקשר עם התקנים אחרים. הפונקציונליות מגיעה מהאיזון של רכיבים פסיביים, האחראים על בקרת זרימת הזרם, סינון אותות וחלוקת מתחים, ורכיבים אקטיביים, המגבירים, מווסתים ומחשבים.
משי וקוטביות ברכיבי PCB
תוויות משי על מעגלים
מסך המשי הוא הטקסט הלבן והסמלים המודפסים על PCB. הוא מספק הפניות מהירות לזיהוי רכיבים במהלך הרכבה, בדיקה או תיקון. סימונים אלה חוסכים זמן על ידי מתן מדריך מבלי לדרוש מהם להתייחס תמיד לסכמה.
מסמני משי נפוצים
משי משתמש באותיות כדי לייצג רכיבים:
• R = נגד
• C = קבל
• D = דיודה
• Q = טרנזיסטור
• U / IC = מעגל משולב
• F = נתיך
• J או P = מחבר
• K = ממסר
מחווני קוטביות לרכיבים
חלקים רבים הם כיווניים ויש להתקין אותם כהלכה. סימני הקוטביות כוללים:
• דיודות - פס מסמן את הקתודה
• קבלים אלקטרוליטיים - סמל "–" על הגוף
• נוריות LED - צד שטוח מסמן את הקתודה
• מעגלים משולבים - פין 1 המזוהה על ידי נקודה, חריץ או שיפוע
רכיבי מעגלים פסיביים נפוצים
| רכיב | סימול | פונקציה | זיהוי |
|---|---|---|---|
| נגד | מניית ר | מגביל את זרימת הזרם, מחלק מתח וקובע רמות הטיה | פסי צבע על סוגי חורים עוברים; קודים בני 3-4 ספרות על חבילות SMD |
| קבלים | סי | מאחסן ומסנן מטען חשמלי; מספק פרצי אנרגיה קצרים | מסומן ב-μF או pF; אלקטרוליטים מראים פס קוטביות; קרמיקה לרוב לא מקוטבת |
| משרן | מניית ל | אוגר אנרגיה בשדה מגנטי; מתנגד לשינויים פתאומיים ב-AC | גופים בצורת סליל או ליבות פריט; ערכים המסומנים לעתים קרובות ב- μH או mH |
רכיבי לוח מעגלים בדידים
דיודות
דיודות הן רכיבי לוח מעגלים בסיסיים המאפשרים לזרם לזרום בכיוון אחד בלבד. מאפיין זה מגן על מעגלים מפני נזקי מתח הפוך ונדרש במיישרים, רשתות הידוק ומערכות הגנה מפני נחשולי מתח. הסמל שלהם "D" על מסך משי עוזר לזיהוי מהיר.
דיודות פולטות אור (נוריות)
נוריות LED מתפקדות גם כמחוונים וגם כמקורות אור ב-PCB. הם משמשים עבור אותות סטטוס, תאורת תצוגה אחורית ובידוד אופטו. יש להקפיד על קוטביות; הקתודה מסומנת באופן בולט בקצה שטוח או פס. יעילותם וצריכת החשמל הנמוכה שלהם הופכים אותם לחיוניים באלקטרוניקה מודרנית.
טרנזיסטורים (BJTs ו-MOSFETs)
טרנזיסטורים שולטים בזרם ובמתח על ידי פעולה כמגברים או מתגים. טרנזיסטורי צומת דו-קוטביים (BJTs) מצטיינים בהגברה, בעוד שטרנזיסטורי MOSFET שולטים במיתוג הספק עקב הפסדים נמוכים ומהירות גבוהה. ב-PCB, הם נמצאים בעיקר בוויסות הספק, לוגיקה דיגיטלית ועיבוד אותות.
ווסתי מתח
מייצבי מתח מבטיחים שמעגל מקבל מתח קבוע ויציב, גם כאשר ההספקה משתנה. יציאות נפוצות כוללות 5V, 3.3V ו-12V. הם נמצאים הן בסוגים ליניאריים והן בסוגים ממותגים, והם חיוניים להזנת מעגלים-משולבים (IC) ועומסים רגישים. אלה מסומנים כ-U או IC על מסמני משי.
רכיבי מעגלים משולבים
| סוג IC | סימון | חבילה | יישומים |
|---|---|---|---|
| מיקרו-בקרים | STM32, ATmega | QFP, QFN, BGA | בקרה משובצת, אוטומציה, רובוטיקה |
| מעגלים-משולבים אנלוגיים | LM358, TL072 | SOIC, DIP | מגברים, מסננים, מיזוג אותות |
| מעגלים-משולבים (IC) של זיכרון | 24LCxx, AT25 | SOIC, TSOP | אחסון נתונים, קושחה, חציצה |
| מעגלים-משולבים (IC) להספקת-כוח LM7805, PMIC | TO-220, QFN | ויסות מתח, ניהול סוללות | |
| מעגלים-משולבים (IC) RF | קודי קוואלקום | QFN, BGA | Wi-Fi, Bluetooth, תקשורת אלחוטית |
רכיבי חברור מעגלים
כותרות ושקעים פינים
פסי-פינים ושקעים נמצאים בשימוש נרחב עבור חיבורים מודולריים. הם מאפשרים הרחבה, בדיקה או החלפה קלה של מודולים. הם נמצאים בלוחות פיתוח, סיכוכי Arduino ומערכות משובצות, והופכים את בניית האב-טיפוס והשדרוגים לפשוטים.
מחברי USB
מחברי USB - Type-A , Type-B , Type-C ו- Micro-USB - הם הממשק האוניברסלי עבור העברת נתונים והספקת-כוח. במעגלים, הם תומכים בטעינה, תקשורת וחיבוריות היקפית על פני אלקטרוניקה, מחשבים ניידים וציוד תעשייתי.
מחברים קואקסיאליים RF
מחברי RF כמו SMA , MMCX ו- U.FL מתוכננים עבור יישומים בתדר גבוה. הם מבטיחים אובדן אותות מינימלי וביצועים יציבים בהתקני תקשורת אלחוטית, אנטנות ומודולי IoT.
מחברי קצה
מחברי קצה משולבים בקצה ה-PCB עצמו ומתחברים לחריצים בלוחות אם או בלוחות הרחבה. נפוצים במעבדים גרפיים, כרטיסי PCIe ומודולי זיכרון, הם מטפלים הן באותות חשמל והן באותות מהירים ביעילות.
רכיבי הגנת חשמל בלוח מעגלים
נתיכים
נתיכים הם התקני הקרבה המסומנים ב-F על PCB. הם שוברים את המעגל כאשר זורם זרם מוגזם, ומונעים התחממות יתר וסכנות שריפה. הם ממוקמים ליד קווי כניסת חשמל, הם רמת ההגנה הראשונה מפני תקלות.
דיודות TVS
דיודות דיכוי מתח טרנזיינטי (TVS), המסומנות כ-D, מהדקות קפיצות מתח פתאומיות הנגרמות על ידי פריקה אלקטרוסטטית (ESD) או נחשולים. הם ממוקמים קרוב ליציאות USB, Ethernet ו-HDMI כדי להגן על קווי נתונים ומעגלים-משולבים (IC) מפני נזק חולף.
וריסטורים של תחמוצת מתכת (MOV)
MOVs הם נגדים לא-ליניאריים הסופגים נחשולי אנרגיה גבוהה מרשת AC. מותקנים בנקודות כניסה למעגלים, הם מגנים על מכשירים מפני מכות ברק או רשתות חשמל לא יציבות על ידי הפניית אנרגיה עודפת בבטחה.
חרוזי פריט
חרוזי פריט, המסומנים כ-FB, פועלים כמסננים לחסימת הפרעות אלקטרומגנטיות בתדר גבוה (EMI). הם ממוקמים ליד מייצבים ופיני כניסה/יציאה, הם מדכאים רעשי מיתוג ומשפרים את יציבות המעגל.
רכיבים אלקטרומכניים ותזמון של לוח מעגלים
מתגים
מתגים הם בין החלקים האלקטרומכניים הבסיסיים ביותר ב-PCB. זמינים כסוגי מישוש, החלקה או DIP, הם מאפשרים לך לספק קלט ישיר, להגדיר מצבים לוגיים או פונקציות טריגר כגון איפוס, הפעלה/כיבוי או בחירת מצב.
ממסרים
ממסרים מאפשרים למעגל בקרה בהספק נמוך למתג עומסים בהספק גבוה בבטחה. על ידי שימוש בסליל אלקטרומגנטי לפתיחה או סגירה של מגעים, הם מספקים בידוד חשמלי בין אותות לוגיים לעומסים כבדים. נפוץ באוטומציה, בקרת מנועים ולוחות PCB תעשייתיים.
קריסטלים
גבישי קוורץ מספקים אותות שעון יציבים ביותר בתחום MHz. אלה חיוניים בתזמון מיקרו-בקרים, תקשורת נתונים ומעגלי סנכרון, ומבטיחים ביצועים אמינים על פני מערכות דיגיטליות.
מתנדים
מתנדים הם מודולי שעון עצמאיים המייצרים תדר קבוע ללא רכיבים חיצוניים נוספים. הם משמשים במעבדים, מודולי תקשורת ומעגלי תזמון כדי להבטיח פעולה יציבה ומדויקת.
חומרת PCB בסיסית
עימותים
ניתוקים מפרידים את ה-PCB מהשלדה או משטח ההרכבה. על ידי מניעת מגע ישיר, הם מפחיתים את הלחץ על מפרקי ההלחמה, מגנים על עקבות מקצרים ומאפשרים זרימת אוויר מתחת ללוח. מרווח קטן זה מסייע לעצור את סדקי ההלחמה כתוצאה מכיפוף הלוח או מרעידות.
סוגריים
תושבות מאבטחות מחברים כגון יציאות USB, HDMI או Ethernet למארז. בלעדיהם, חיבור וניתוק כבלים מפעיל לחץ חוזר על ה-PCB עצמו, מה שמוביל לסדקים ורפידות מורמות. סוגריים מעבירים את העומס המכני למסגרת, ומאריכים את חיי המחבר.
מדריכי כרטיסים
מכווני כרטיסים מיישרים ומייצבים לוחות חיבור. הם מפחיתים רעידות, מקלים על הכנסה/הסרה ומונעים ממחברי הקצה להתכופף. בסביבות תעשייתיות או כלי-רכב עם זעזוע מתמיד, מובילי כרטיסים חיוניים לעמידות לטווח ארוך.
רפידות תרמיות וגופי קירור
רכיבים כמו מייצבי מתח, MOSFET או מעבדים מייצרים חום שפוגע בביצועים ומקצר את תוחלת החיים. רפידות תרמיות משפרות את העברת החום לצלעות קירור, בעוד שצלעות קירור מפזרות חום לאוויר שמסביב. הם מונעים התחממות יתר ושומרים על אמינות המערכת.
חבילות PCB וחתימות-שטח
חור עובר (THT)
חלקי חור דרך משתמשים במובילים המוכנסים לחורים קדוחים ומולחמים בצד הנגדי. הם מציעים תמיכה מכנית חזקה, הם נהדרים עבור רעידות ומתח, וקלים לאב-טיפוס. עם זאת, הם תופסים יותר מקום, הרכבה איטית ואינם אידיאליים עבור פריסות קומפקטיות. הם נפוצים במחברים, ממסרים ורכיבי הספקת-כוח.
התקני הרכבה על פני השטח (SMD)
SMDs יושבים ישירות על רפידות PCB ללא קידוח. הם קומפקטיים, קלים-משקל ומושלמים עבור הרכבה אוטומטית בצפיפות גבוהה. החסרונות הם הלחמה ידנית קשה יותר, דרישות דיוק ופחות חוזק מכני. הם שולטים באלקטרוניקה כמו סמארטפונים, מחשבים ניידים, ומכשירי IoT.
BGA / QFN ומארזים מתקדמים
מארזי BGA ו-QFN מניחים רפידות או כדורי הלחמה מתחת לרכיב, ומאפשרים ספירת פינים גבוהה וביצועים מצוינים בחלל קטן. הם דורשים הלחמת זרימה חוזרת, בדיקת רנטגן וקשה לעבד אותם מחדש. אלה משמשים במעבדים, SoCs, GPUs ושבבי RF עבור מערכות בעלות ביצועים גבוהים.
רכיבי בטיחות במעגלים
• מרווח הוא פער האוויר המינימלי בין שני מוליכים. זה מונע קשת באוויר כאשר קיימים כרכים גבוהtage.
• זחילה היא מרחק המשטח המינימלי לאורך ה-PCB בין מוליכים. זה מונע זרם דליפה ומעקב אחר פני השטח.
• מרחקים אלו נדרשים להפעלת PCB בטוחה ואמינה במעגלי מתח גבוה כמו ספקי כוח, ממירים וכונני מנועים.
• המרווח הנדרש תלוי במתח ההפעלה: מתחים גבוהים יותר דורשים זחילה ומרווח גדולים יותר.
• דרגת הזיהום משפיעה על הסיכון: סביבות נקיות מאפשרות מרווח הדוק יותר, בעוד שתנאים לחים, מאובקים או תעשייתיים זקוקים למרחק רב יותר.
• חומר CTI מגדיר את איכות הבידוד. דירוג CTI גבוה יותר פירושו שה-PCB יכול לסבול בבטחה נתיבי זחילה קצרים יותר.
• תקני בטיחות בינלאומיים (IEC, UL) מספקים ערכי מרווח וזחילה מינימליים עבור מתחים, חומרים וסביבות שונות.
סיכום
רכיבי מעגלים חשמליים הם הליבה של כל מכשיר אלקטרוני. מחלקים פסיביים כמו נגדים ועד מעגלים-משולבים (IC) מורכבים והתקני הגנה, כל אחד מהם מבטיח יציבות, ביצועים ובטיחות. יחד, הם מגדירים עד כמה מערכת הופכת להיות אמינה ויעילה, מה שהופך את ההבנה שלהם ליסודות עבור כל מי שעובד עם אלקטרוניקה.
שאלות נפוצות [שאלות נפוצות]
למה משמשים קבלי ניתוק?
הם מייצבים את ספק-הכוח של המעגל-המשולב (IC) על ידי סינון רעשים ומתן פרצי אנרגיה מהירים.
כיצד ניתן לזהות רכיבי PCB מזויפים?
בדוק אם יש סימונים גרועים, לוגו שגוי, אריזה לא אחידה, וקנה תמיד ממפיצים מהימנים.
מהן נקודות בדיקה על PCB?
הם רפידות או פינים המאפשרים לך למדוד אותות ומתחים עבור ניפוי באגים ובדיקה.
כיצד עוזרות דרכים תרמיות בתכנון PCB?
הם מעבירים חום מרכיבים לשכבות נחושת אחרות, ומשפרים את הקירור והאמינות.
מה ההבדל בין ציפוי קונפורמי לעציצים?
ציפוי הוא שכבת הגנה דקה, בעוד שהעציץ עוטף את ה-PCB במלואו להגנה חזקה יותר.
מדוע נדרשת הורדת ערך רכיבים?
זה מפחית את הלחץ על ידי שימוש בחלקים מתחת לדירוג המקסימלי שלהם, ומשפר את האמינות ותוחלת החיים.