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Aufbau elektronischer Schaltungen mit RND-Komponenten

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Leiterplatten dienen als Träger elektronischer Bauteile und sind aus modernen Geräten, die mit Elektronik bestückt sind, wie z. B. Handys, nicht mehr wegzudenken. Sie dienen nicht nur der mechanischen Befestigung sondern auch der elektrischen Verbindung. Die passenden Komponenten für die Bestückung von Leiterplatten finden sie bei RND zu günstigen Preisen.

Eine kurze Einführung in elektronische Schaltungen

Die Leiterplatte, auch Platine, gedruckte Schaltung oder englich PCB (=Printed Circuit Board) dient, wie bereits erwähnt, als Träger- und Verbindungsmaterial für elektronische Bauteile zur Realisierung elektronischer Schaltungen. Je nach Komplexität der Schaltung, können Leiterplatten ein- oder mehrseitig sein. So werden für komplexe Schaltungen mit einer grossen Anzahl an Bauteilen statt den gänigen einseitigen bzw. doppelseitigen Leiterplatten Multilayer-Platinen verwendet.

Die Funktionsweise von Leiterplatten kann man sich wie eine Stadt vorstellen. Die aufgedampften Leiterbahnen verlaufen wie Strassen auf der grünen Kunststoffplatte. So wie es schmale Gassen, breite und mehrspurige Strassen in einer Stadt gibt, sind auch die Leiterbahnen je nach individueller Funktion und dem jeweils fliessenden elektrischen Strom an einigen Stellen schmal, breit oder mehrspurig. Ohne Leiterplatten würde ein Grossteil der Technik nicht funktionieren. Man kann also sagen, dass die Leiterplatte, das Herz aller elektronschen Geräte ist. Die Produktion von Leiterplatten wurde im Laufe der Jahre ausgeweitet, um dem wachsenden Bedarf an besserer, schnellerer und komplizierterer Halbleitertechnologie gerecht zu werden.

Industrielle Anwendungen von PCBs

Leiterplatten werden in vielen Industriezweigen verwendet, von kleinen Verbrauchsgeräten bis hin zu medizinischen Geräten und Automobilausrüstungen. Auch an Produktionslinien und in Fertigungsanlagen kommen sie zum Einsatz, da automatisierte Produktionslinien Unternehmen helfen, Kosten zu sparen und menschliche Fehler zu reduzieren.

Elektronische Bauteile in der Produktion erfordern jedoch oft zusätzliche Hochleistungsleiterplatten, die auch in rauen Umgebungen bestehen und vibrations-und hitzebeständig sind.

Beispiele für die Verwendung von PCB in der Industrie:

  • Stromversorgungsgeräte: Stromversorgungen, Wechselrichter, Steuergeräte, Solarstromanlagen usw.
  • Fertigungsanlagen: Bohrmaschinen, Montagemaschinen, Pressen und Rampen sowie andere Elektronik auf Leiterplattenbasis.
  • Messgeräte: Geräte, die zur Kontrolle von Messungen wie Temperatur, Druck und anderen Variablen im Herstellungsprozess verwendet werden.

Breadboards

Ein Breadboard, auch Steckplatine, Steckbrett oder Protoboard genannt, ist eine rechteckige Kunststoffplatte mit vielen kleinen Kontaktlöchern in die elektronische Bauteile gesteckt werden können. Da im Gegensatz zu Leiterplatten bei Breadboards keine Lötarbeiten erforderlich sind, eignen sie sich hervorragend für Versuchsschaltungen und Experimente. Der Begriff Breadboard kommt vermutlich daher, dass Elektroniker früher Bauteile miteinander verbanden, indem sie sie mit Draht umwickelten und in ein Holzbrett nagelten. Da diese wie Brotbrettchen aussahen wurden sie kurzerhand Breadboards genannt.

Breadboards eignen sich besonders für Anfänger, da sie günstiger als Leiterplatten sind und Fehler schnell behoben werden können. Deshalb werden sie auch oft für Lehrzwecke verwendet. Aber auch Profis können von ihnen profitieren. Denn mithilfe von Breadboards lassen sich Schaltungsentwürfe und -ideen testen, bevor sie auf einer Leiterplatte umgesetzt werden. Darüber hinaus ermöglichen Steckplatinen ein schnelles und einfaches Prototyping.

Die Breadboards und Jumperdrähte von RND eignen sich herrvorragend für das Prototyping und das Testen von Schaltungen.

Leiterplattensteckverbinder

Leiterplattensteckverbinder ermöglichen die einfache und sichere Übertragung von Signalen, Daten und Leistung, indem sie Leiterplatten miteinander oder mit anderen elektrischen Komponenten verbinden. Sie können auf Leiterplatten montiert oder in die Leiterplatten integriert werden. Es gibt Leiterplattenstecker und -buchsen in verschiedenen Grössen, Formen und mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie z. B. Vibrationsfestigkeit usw.

Der Hauptzweck von Leiterplattensteckverbindern:

  1. Verbindungen − eine starre oder flexible Verbindung zwischen zwei PCBs
  2. Verkabelungsanschluss − ein kabelgebundener Anschluss für bordseitige Geräte, der im Lieferumfang enthalten ist
  3. Programmier-/Debug-Verbindung − ein Anschluss (oder eine Testpunktanordnung), der zum Debuggen oder Programmieren verwendet wird, typischerweise für einen Mikrocontroller oder ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA).

Arten von PCB-Steckverbindern:

  • Wire-to-Board
  • Board-to-Board
  • PCB-Steckverbinder/ Stiftleisten
  • PCB-Steckverbinder
  • Backplane-Steckverbinder
  • USB-Steckverbinder
  • RCA-Steckverbinder
  • Audiosteckverbinder
  • D-Sub-Steckverbinder
  • Barrel-Steckverbinder
  • RJ-Steckverbinder
  • IEC-Steckverbinder
  • Bananensteckverbinder
  • HF-Steckverbinder

IDC-Steckverbinder und Flachbandkabel

Möglicherweise müssen Sie Daten zwischen einem Flachbandkabel und einer Leiterplatte übertragen. Zu diesem Zweck gibt es IDC-Steckverbinder, bei denen es sich um Line-to-Board-Steckverbinder handelt. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, eine Leiterplatte oder ein Teilsystem mit einer anderen zu verbinden. Der Steckverbinder umfasst eine Vielzahl von sicheren und kostengünstigen Verbindungsmethoden, die eine stabile hermetische Verbindung zwischen dem Flachbandkabel und der Leiterplatte herstellen können.

Die IDC-Steckverbinder und Flachbandkabel von RND sind auf die Anforderungen Ihrer Leiterplatten abgestimmt und sind daher eine einfache und kompakte Lösung für jede Anwendung.

Häufig verwendete Komponenten auf PCBs

Es gibt zahlreiche Komponenten, die für den reibungslosen Betrieb Ihres Geräts erforderlich sind. Alle Komponenten zusammen, schaffen ein voll funktionsfähiges elektronisches System mit Energiekapazität.

Widerstände

Widerstände gehören zu den elementaren Komponenten in der Elektronik. Sie begrenzen den Stromfluss und reduzieren Spannungen, indem sie die elektrische Energie in Wärmeenergie umwandeln. Widerstände lassen sich nach dem Material und nach der Form klassifizieren. Der am häufigsten verwendete Widerstandstyp ist der Kohleschichtwiderstand. Axialbedrahtete Widerstände sind eine Form der verdrahteten Widerstände, bei denen die Drähte direkt aus dem Körper des Widerstands kommen, und zwar in axialer Richtung auf beiden Seiten des Widerstandskörpers. Damit die Angaben der Wertigkeit, des Multiplikators und der Toleranz auch bei kleinen Widerständen bei der Platinenbestückung gut lesbar sind, wurde ein Farbcode eingeführt. Jeder farbige Ring ist einem bestimmten Wert zugeordnet. Die Farbringe werden von links nach rechts gelesen. Zunächst kommen links zwei oder drei farbige Ringe für die Wertigkeit, dann ein Farbring als Multiplikator und der ganz rechte Farbring steht für die Toleranz. Gelegentlich wird der Temperaturkoeffizient als sechster Ring angegeben, der sich ganz rechts befindet.

Transistoren

Transistoren sind Halbleiter-Bauteile, die als Schalter, Regler und Verstärker vielerlei Anwendung finden. Sie werden in drei Typen eingeteilt, von denen der Bipolartransistor (Bipolar Junction Transistors: BJTs) der häufigste ist. Dieser Transistor hat drei Bauteile und drei Stifte, die den Stromfluss und die Verstärkung ermöglichen. Der zweite Typ sind Feldeffekttransistoren (FETs), bei denen es sich um ein unipolares Bauelement ohne pn-Übergang im Primärstrompfad handelt. Darüber hinaus werden zwei Arten von Feldeffekttransistoren hergestellt: N-Kanal und P-Kanal. Und schließlich die dritten bipolaren Transistoren mit isoliertem Gate (IGBTs), die aus einem spannungsgesteuerten MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) und einem Hochstromtransistor bestehen.

Kondensatoren

Ein Kondensator ist ein kleiner Energiespeicher, ähnlich einem Akku, der sehr schnell geladen und entladen werden kann. Daher wird er häufig als Backup-Energiequelle eingesetzt, um Datenverluste zu verhindern, wenn die primäre Energiequelle ausfällt. Kondensatoren werden nach dem leitenden Material der Platten oder dem Isoliermaterial, das sie voneinander trennt, eingeteilt. Polyesterkondensatoren, Keramikkondensatoren oder Radialkondensatoren werden häufig von Anfängern und Hobbybastlern verwendet.

Induktivitäten

Induktivitäten, auch bekannt als Spulen, Drosseln und Drosselspulen, bestehen in der Regel aus einem isolierten, mit Draht umwickelten Kern. Sie spielen, wie auch Kondensatoren, eine wichtige Rolle bei der Energiespeicherung. Während Kondensatoren jedoch ein elektrostatisches Feld nutzen, verwenden Induktoren ein magnetisches Feld, um Energie zu speichern. Wenn Energie durch sie fließt, entsteht ein Magnetfeld. Je öfter der Draht um den Kern gewickelt wird (d. h. je mehr Windungen), desto stärker wird das Magnetfeld und Energie wird erzeugt. Die Wicklungen haben eine Schlüsselfunktion bei der Verstärkung des Magnetfeldes, was einen erheblichen Einfluss auf die gespeicherte Energie hat.

Dioden

Dioden gehören ebenfalls zu den wichtigsten Komponenten auf einer Leiterplatte. Diese zweipoligen Bauteile regulieren und lenken den Energiefluss, indem sie den Strom in die eine Richtung fliessen lassen und ihn in der anderen sperren. Sie funktionieren nach der Theorie des elektrischen Widerstands.

Batterien

Batterien werden nicht nur in Alltagsgeräten verwendet, sondern auch in Leiterplatten. Sie speichern chemische Energie und wandeln sie in elektronische Energie um, die dann zur Versorgung verschiedener Schaltkreise auf einer Leiterplatte verwendet wird.

Integrierte Schaltungen

Integrierte Schaltungen (IC) sind das Gehirn aller Leiterplatten. Batterien sind zwar eine Energiequelle, aber ICs sind wahre Kraftwerke. Tausende (oder sogar Millionen) von Transistoren, Widerständen und Kondensatoren sind auf diesen kleinen Wafern untergebracht. Dadurch können sie zahlreiche Funktionen erfüllen. Sie können viele Energievorgänge auf einer Leiterplatte durchführen Silikon ist ein Material, das bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen verwendet wird. Es gibt zwei Arten von integrierten Schaltungen: digitale und analoge.

Oszillatoren

Oszillatoren sind elektronische Uhren, die programmiert werden können. Sie sind in vielen Anwendungen nützlich, z. B. in Quarzuhren und Audio- und Videosystemen. Auf Leiterplatten sind Oszillatoren programmierbare Zeitgeber oder Uhren, die elektronische Signale erzeugen. Es gibt sie auch in verschiedenen Formen, z. B. als Kristalloszillatoren, die als präzise Zeitgeber in Armbanduhren, Mikrocontrollern und anderen ähnlichen Geräten eingesetzt werden. Andere sind Clapp-Oszillatoren, spannungsgesteuerte Oszillatoren und viele andere. Oszillatoren können auch anhand mehrerer Parameter kategorisiert werden Sie könnten zum Beispiel auf einem Feedback-Mechanismus beruhen.

Schalter und Relais

Der Schalter ist ein einfaches Bauteil, das den Stromfluss in einem Stromkreis steuert, indem ee zwischen einem offenen und einem geschlossenen Stromkreis umschaltet. Kippschalter, Mikroschalter, Drehschalter und Kästchenschalter sind die am häufigsten verwendeten Schaltertypen. Sie wirken als Schalter und können auch kleinere Ströme zu größeren Strömen verstärken. In ähnlicher Weise ist ein Relais ein elektromagnetischer Schalter, der durch eine Magnetspule aktiviert wird, die wie ein temporärer Magnet wirkt, wenn Strom durch sie fließt.

Sensoren

Sensoren sind elektronische Bauteile, die physische Eingaben oder Veränderungen in der Umgebung “wahrnehmen” und entsprechend reagieren. Es gibt mehrere Sensoren für verschiedene Umweltreize wie Feuchtigkeit, Licht, Luftqualität, Berührung, Schall, Nässe und Bewegung. Sensoren auf Leiterplatten wandeln häufig physikalische Energie in elektrische Energie um. Sie können von einer Art Widerstand in einem Widerstandstemperaturdetektor (RTD) bis hin zu LEDs reichen, die Infrarotsignale erkennen, wie sie beispielsweise in Fernbedienungen für Fernseher vorkommen. Sensoren werden in einer Vielzahl von praktischen Anwendungen eingesetzt, z. B. zur Überwachung der Luftfeuchtigkeit, zur Erkennung der Luftqualität, als Bewegungssensoren und zur Steuerung der Beleuchtung.

Leiterplatten mit der richtigen Elektronik entwerfen

Der Entwurf von Leiterplattenverbindungen hängt ganz von der Anwendung ab und beginnt in der Regel mit den Bedürfnissen des Benutzers. Doch egal, ob es sich um ein Design handelt, das in Serie produziert werden soll, oder nur um eine individuelle Verbesserung, bewährte Geräte und die richtigen Komponenten sind entscheidend, um sicherzustellen, dass der Signalfluss reibungslos und ohne Unterbrechung durch die Leiterplatte verläuft.

Wie Sie sehen können, bietet RND eine umfassende Palette von Komponenten, die Ihnen helfen, mit dem Elektronikdesign zu beginnen oder einfach jedes Ihrer Projekte zu erfüllen, und das zu erschwinglichen Preisen und in hoher Qualität.

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