Deska s plošnými spoji funguje pouze tehdy, když je naplněna správnými součástmi. Rezistory, kondenzátory, diody, tranzistory, integrované obvody, konektory a bezpečnostní části mají každý svou roli v řízení, napájení a ochraně obvodů. Tento článek vysvětluje tyto komponenty, jejich funkce, označení a použití a poskytuje jasné a podrobné informace o základech desek plošných spojů.
Bod 3. Společné komponenty pasivní desky plošných spojů
Bod 4. Diskrétní komponenty desky plošných spojů
Bod 5. Komponenty integrované desky plošných spojů
Kapitola 10. Balíčky a stopy PCB
Kapitola 11. Bezpečnostní komponenty desky plošných spojů
Č. 12. Závěr
Č. 13. Často kladené dotazy [FAQ]
Přehled komponent desky plošných spojů
Deska s plošnými spoji je mnohem víc než měděné stopy spojené se skleněnými vlákny; Je srdcem každého elektronického zařízení. Bez komponent je PCB jen list izolovaných měděných cest bez schopnosti provádět úkoly. Jakmile je naplněn rezistory, kondenzátory, polovodiči, konektory a ochrannými zařízeními, transformuje se na kompletní elektronický systém schopný napájet, zpracovávat a komunikovat s dalšími zařízeními. Tato funkce vychází z rovnováhy pasivních komponent, které jsou zodpovědné za řízení toku proudu, filtrování signálů a dělení napětí, a aktivních komponent, které zesilují, regulují a počítají.
Sítotisk a polarita v součástech PCB
Sítotiskové štítky na deskách plošných spojů
Sítotisk je bílý text a symboly vytištěné na desce plošných spojů. Poskytuje rychlé odkazy pro identifikaci součástí během montáže, testování nebo opravy. Tato značení šetří čas tím, že poskytují vodítko, aniž by se vždy odkazovalo na schéma.
Běžné sítotiskové designátory
Sítotisk používá písmena k reprezentaci komponent:
• R = rezistor
• C = kondenzátor
• D = dioda
• Q = Tranzistor
• U / IC = Integrovaný obvod
• F = Pojistka
• J nebo P = konektor
• K = relé
Indikátory polarity pro komponenty
Mnoho dílů je směrových a musí být správně nainstalováno. Značky polarity zahrnují:
• Diody - proužek označuje katodu
• Elektrolytické kondenzátory - symbol "–" na těle
• LED diody - plochá strana označuje katodu
• IO - Pin 1 identifikovaný tečkou, zářezem nebo zkosením
Společné pasivní součástky desky plošných spojů
| Komponenta | Symbol | funkce | Identifikace |
|---|---|---|---|
| Rezistor | R | Omezuje tok proudu, rozděluje napětí a nastavuje úrovně předpětí | Barevné proužky na typech s průchozími otvory; 3–4místné kódy na pouzdrech SMD |
| Kondenzátor | C | Ukládá a filtruje elektrický náboj; poskytuje krátké energetické výboje | Označeno v μF nebo pF; elektrolytika vykazuje pruh polarity; Keramika často nepolarizovaná |
| Induktor | L | Ukládá energii v magnetickém poli; odolává náhlým změnám v AC | Těla ve tvaru cívky nebo feritová jádra; hodnoty často značené v μH nebo mH |
Diskrétní součástky desky plošných spojů
Diody
Diody jsou základní součásti desky plošných spojů, které umožňují tok proudu pouze jedním směrem. Tato vlastnost chrání obvody před poškozením zpětným napětím a je vyžadována v usměrňovačích, upínacích sítích a systémech přepěťové ochrany. Jejich symbol "D" na sítotisku napomáhá rychlé identifikaci.
Světelné diody (LED)
LED diody fungují jako indikátory i světelné zdroje na deskách plošných spojů. Používají se pro stavové signály, podsvícení displeje a optoizolaci. Musí být dodržena polarita; Katoda je výrazně označena plochou hranou nebo pruhem. Jejich účinnost a nízká spotřeba energie je činí nepostradatelnými v moderní elektronice.
Tranzistory (BJT a MOSFETy)
Tranzistory řídí proud a napětí tím, že fungují jako zesilovače nebo spínače. Bipolární tranzistory (BJT) vynikají zesílením, zatímco MOSFETy dominují spínání výkonu díky nízkým ztrátám a vysoké rychlosti. Na deskách plošných spojů jsou hlavně v regulaci výkonu, digitální logice a zpracování signálu.
Regulátory napětí
Regulátory napětí zajišťují, že obvod dostává konstantní a stabilní napětí, i když se napájení mění. Mezi běžné výstupy patří 5V, 3,3V a 12V. Nacházejí se v lineárních i spínacích typech a jsou zásadní pro napájení integrovaných obvodů a citlivých zátěží. Ty jsou na sítotiskových označeních označeny jako U nebo IC.
Součásti integrované desky plošných spojů
| Typ IC | Značení | Balík | Aplikace |
|---|---|---|---|
| Mikrokontroléry | STM32, ATmega | QFP, QFN, BGA | Embedded řízení, automatizace, robotika |
| Analogové integrované obvody | LM358, TL072 | SOIC, DIP | Zesilovače, filtry, úprava signálu |
| IO paměti | 24LCxx, AT25 | SOIC, TSOP | Datová úložiště, firmware, buffering |
| Výkonové integrované obvody | LM7805, PMIC | TO-220, QFN | Regulace napětí, správa baterií |
| RF integrované obvody | Kódy Qualcomm | QFN, BGA | Wi-Fi, Bluetooth, bezdrátová komunikace |
Propojovací komponenty desky plošných spojů
Pinové hlavičky a zásuvky
Kolíkové hlavičky a zásuvky jsou široce používány pro modulární připojení. Umožňují snadné rozšíření, testování nebo výměnu modulů. Nacházejí se ve vývojových deskách, štítech Arduino a vestavěných systémech a usnadňují prototypování a upgrady.
Konektory USB
Konektory USB - Type-A, Type-B, Type-C a Micro-USB - jsou univerzálním rozhraním pro přenos dat a napájení. Na deskách plošných spojů podporují nabíjení, komunikaci a periferní připojení napříč elektronikou, notebooky a průmyslovými zařízeními.
RF koaxiální konektory
RF konektory jako SMA, MMCX a U.FL jsou určeny pro vysokofrekvenční aplikace. Zajišťují minimální ztrátu signálu a stabilní výkon v bezdrátových komunikačních zařízeních, anténách a modulech IoT.
Okrajové konektory
Okrajové konektory jsou integrovány do samotné hrany PCB a spojují se se sloty v základních deskách nebo rozšiřujících deskách. Jsou běžné v grafických kartách, kartách PCIe a paměťových modulech a efektivně zpracovávají napájecí i vysokorychlostní signály.
Součásti ochrany napájení desky plošných spojů
Pojistky
Pojistky jsou obětní zařízení označená F na deskách plošných spojů. Přerušují obvod při nadměrném proudu a zabraňují přehřátí a nebezpečí požáru. Jsou umístěny v blízkosti vstupního vedení a představují první úroveň obrany proti poruchám.
TVS diody
Diody TVS (Transient Voltage Suppression), označené jako D, svorkují náhlé napěťové špičky způsobené elektrostatickým výbojem (ESD) nebo přepětím. Jsou umístěny v blízkosti portů USB, Ethernet a HDMI, aby chránily datové linky a integrované obvody před přechodným poškozením.
Varistory z oxidů kovů (MOV)
MOV jsou nelineární odpory, které absorbují vysokoenergetické rázy ze střídavé sítě. Jsou instalovány na vstupních bodech obvodů a chrání zařízení před údery blesku nebo nestabilními elektrickými sítěmi bezpečným odváděním přebytečné energie.
Feritové korálky
Feritové kuličky, označené jako FB, fungují jako filtry k blokování vysokofrekvenčního elektromagnetického rušení (EMI). Jsou umístěny v blízkosti regulátorů a vstupních/výstupních pinů, potlačují spínací šum a zlepšují stabilitu obvodu.
Elektromechanické a rozvodové součástky desek plošných spojů
Přepínače
Spínače patří mezi nejzákladnější elektromechanické části na desce plošných spojů. Jsou k dispozici jako dotykové, posuvné nebo DIP typy a umožňují vám poskytovat přímý vstup, konfigurovat logické stavy nebo spouštěcí funkce, jako je reset, zapnutí/vypnutí nebo výběr režimu.
Relé
Relé umožňují řídicímu obvodu s nízkou spotřebou bezpečně spínat zátěže s vysokým výkonem. Použitím elektromagnetické cívky k otevření nebo zavření kontaktů zajišťují elektrickou izolaci mezi logickými signály a velkými zátěžemi. Běžné v automatizaci, řízení motorů a průmyslových PCB.
Krystaly
Křemenné krystaly poskytují extrémně stabilní hodinové signály v rozsahu MHz. Ty jsou nezbytné pro časování mikrokontrolérů, datovou komunikaci a synchronizační obvody, což zajišťuje spolehlivý výkon napříč digitálními systémy.
Oscilátory
Oscilátory jsou samostatné hodinové moduly, které generují pevnou frekvenci bez dalších externích komponent. Používají se v procesorech, komunikačních modulech a časovacích obvodech k zajištění stabilního a přesného provozu.
Základní hardware PCB
Patové situace
Distanční sloupky oddělují desku plošných spojů od šasi nebo montážní plochy. Tím, že zabraňují přímému kontaktu, snižují namáhání pájeného spoje, chrání stopy po zkratech a umožňují proudění vzduchu pod deskou. Tato malá distanční vložka pomáhá zastavit praskání pájky v důsledku ohybu desky nebo vibrací.
Závorky
Držáky upevňují konektory, jako jsou porty USB, HDMI nebo Ethernet, ke šasi. Bez nich zapojování a odpojování kabelů opakovaně zatěžuje samotnou desku plošných spojů, což vede k prasklinám a zvednutým podložkám. Držáky přenášejí mechanické zatížení na rám, čímž se prodlužuje životnost konektoru.
Průvodci kartami
Vodítka karet zarovnávají a stabilizují zásuvné desky. Snižují vibrace, usnadňují zasouvání/vyjímání a zabraňují ohýbání okrajových konektorů. V průmyslovém nebo automobilovém prostředí s neustálými nárazy jsou vodítka karet životně důležitá pro dlouhodobou životnost.
Tepelné podložky a chladiče
Komponenty, jako jsou regulátory napětí, MOSFETy nebo procesory, generují teplo, které snižuje výkon a zkracuje životnost. Tepelné podložky zlepšují přenos tepla do chladičů, zatímco chladiče odvádějí teplo do okolního vzduchu. Zabraňují přehřátí a udržují spolehlivost systému.
Balíčky a stopy PCB
Průchozí otvor (THT)
Díly s průchozími otvory používají vodiče vložené do vyvrtaných otvorů a připájené na opačné straně. Nabízejí silnou mechanickou podporu, jsou skvělé pro vibrace a namáhání a lze je snadno prototypovat. Zabírají však více místa, pomalé montáže a nejsou ideální pro kompaktní rozvržení. Jsou běžné v konektorech, relé a napájecích komponentách.
Zařízení pro povrchovou montáž (SMD)
SMD panely sedí přímo na ploškách plošných spojů bez vrtání. Jsou kompaktní, lehké a ideální pro automatizovanou montáž s vysokou hustotou. Nevýhodou je tvrdší ruční pájení, požadavky na přesnost a menší mechanická pevnost. Dominují elektronice, jako jsou chytré telefony, notebooky a zařízení IoT.
BGA / QFN a pokročilé balíčky
Pouzdra BGA a QFN umisťují pájecí plošky nebo kuličky pod součástku, což umožňuje vysoký počet pinů a vynikající výkon na malém prostoru. Vyžadují pájení přetavením, rentgenovou kontrolu a je obtížné je přepracovat. Používají se v procesorech, SoC, GPU a RF čipech pro vysoce výkonné systémy.
Bezpečnostní komponenty desky plošných spojů
• Vzdálenost je minimální vzduchová mezera mezi dvěma vodiči. Zabraňuje jiskření vzduchem při vysokém napětí.
• Povrchová cesta je minimální povrchová vzdálenost podél desky plošných spojů mezi vodiči. Zabraňuje sledování svodového proudu a povrchu.
• Tyto vzdálenosti jsou vyžadovány pro bezpečný a spolehlivý provoz desek plošných spojů ve vysokonapěťových obvodech, jako jsou napájecí zdroje, střídače a motorové pohony.
• Požadovaná vzdálenost závisí na provozním napětí: vyšší napětí vyžadují větší plazivost a vůli.
• Stupeň znečištění ovlivňuje riziko: čisté prostředí umožňuje těsnější rozestupy, zatímco vlhké, prašné nebo průmyslové podmínky vyžadují větší vzdálenost.
• Materiál CTI definuje kvalitu izolace. Vyšší hodnocení CTI znamená, že PCB může bezpečně tolerovat kratší cesty plazení.
• Mezinárodní bezpečnostní standardy (IEC, UL) poskytují minimální hodnoty vzdálenosti a povrchové cesty pro různá napětí, materiály a prostředí.
Závěr
Součástky desky plošných spojů jsou jádrem každého elektronického zařízení. Od pasivních částí, jako jsou rezistory, až po složité integrované obvody a ochranná zařízení, každý zajišťuje stabilitu, výkon a bezpečnost. Společně definují, jak spolehlivý a efektivní se systém stane, takže jejich porozumění je základem pro každého, kdo pracuje s elektronikou.
Často kladené dotazy [FAQ]
K čemu se používají oddělovací kondenzátory?
Stabilizují napájení IC filtrováním šumu a poskytováním rychlých výbuchů energie.
Jak můžete poznat padělané součásti PCB?
Zkontrolujte špatné označení, špatná loga, nerovnoměrné balení a vždy nakupujte od důvěryhodných distributorů.
Co jsou testovací body na desce plošných spojů?
Jsou to podložky nebo kolíky, které vám umožňují měřit signály a napětí pro ladění a testování.
Jak tepelné průchody pomáhají při návrhu desek plošných spojů?
Přenášejí teplo z komponent do jiných měděných vrstev, čímž zlepšují chlazení a spolehlivost.
Jaký je rozdíl mezi konformním nátěrem a zaléváním?
Povlak je tenká ochranná vrstva, zatímco zalévání plně zapouzdřuje PCB pro silnější ochranu.
Proč je nutné snížit výkon komponenty?
Snižuje namáhání použitím dílů pod jejich maximální jmenovitou hodnotou, čímž zlepšuje spolehlivost a životnost.