Costruire circuiti elettronici con i componenti RND

Le schede elettriche sono essenziali per collegare vari componenti e farli comunicare tra loro. Queste in pratica, sono presenti in tutti i dispositivi elettronici: telefoni, sensori e altri componenti elettronici e per alimentare tali dispositivi occorrono circuiti completi. La RND è un marchio che offre ai suoi clienti prodotti di grande valore per aiutarli a creare circuiti con i corretti componenti.

Breve introduzione ai circuiti elettronici

Probabilmente sapete già che un circuito stampato (PCB), chiamato anche scheda di cablaggio stampato (PWB), è una tipica scheda di base dell’elettronica progettata per il supporto fisico e il cablaggio di componenti montati in superficie e con zoccolo. I circuiti stampati possono essere a uno o più lati; più lati ha un circuito di una scheda di stampa, più si complica. Inoltre, le schede con più lati implicano una maggiore potenza del gadget.

Molti paragonano i PCB alle città. Probabilmente vi sarete imbattuti nell’espressione che i circuiti stampati sono come delle città, che forniscono un sistema completo per tutti i componenti elettronici che fanno funzionare i nostri dispositivi. In sostanza, il circuito stampato è il cuore di ogni dispositivo e dà vita a tutti i componenti elettronici. La produzione di schede di cablaggio stampato si è ampliata nel corso degli anni per soddisfare la crescente necessità di una tecnologia dei semiconduttori migliore, più veloce e più complessa. Si tratta principalmente di creare dispositivi e applicazioni più avanzati.

Applicazioni industriali dei PCB

I PCB sono utilizzati in molti settori, dai piccoli dispositivi di consumo fino ai dispositivi medici e alle apparecchiature automobilistiche. Allo stesso tempo, il settore industriale trae grandi vantaggi dai circuiti stampati, particolarmente utili nelle linee di produzione e negli stabilimenti di produzione.

Le linee di produzione automatizzate aiutano le aziende a risparmiare sui costi e  a ridurre gli errori umani. Tuttavia, i componenti elettronici in produzione richiedono spesso circuiti stampati aggiuntivi ad alta potenza, in grado di sopravvivere in ambienti difficili e di gestire macchinari vibranti e temperature estreme. Pertanto, i circuiti stampati devono essere costruiti appositamente per gestire le applicazioni ad alta potenza e le condizioni difficili.

Esempi di utilizzo dei PCB nel settore industriale:

• Apparecchiature di potenza: alimentatori, inverter, dispositivi di controllo, apparecchiature per l’energia solare, ecc.
• Apparecchiature di produzione: trapani elettrici, macchine per l’assemblaggio, presse e rampe e altri dispositivi elettronici basati su PCB.
• Apparecchiature di misura: apparecchiature utilizzate per controllare misure come temperatura, pressione e altre variabili nel processo di produzione.

Breadboard e circuiti stampati

Una breadboard viene tipicamente utilizzata come primo passo nella creazione di un circuito stampato – il “pane”, quindi la base del concetto. Le breadboard consentono di creare circuiti senza bisogno di saldature. Questi circuiti sono consigliati ai principianti, ma sono adatti anche agli elettricisti che hanno familiarità con le schede di sviluppo ma che vogliono avviare progetti su larga scala.

Il progettista deve sapere quale tipo di scheda elettronica è più sostenibile per il suo progetto. È probabile che, durante la costruzione di un robot o di qualsiasi altro progetto elettronico, il cablaggio venga prototipato su una breadboard la quale viene tipicamente utilizzata nella fase iniziale ovvero prima di realizzare un circuito stampato. Una scheda prototipo consente di modificare e spostare i circuiti che altrimenti rimarrebbero permanenti su un circuito stampato. Le tavole da disegno vengono utilizzate per la progettazione e l’esplorazione, mentre le schede sono destinate ai prodotti finiti. La scheda rettangolare in plastica presenta numerosi fori che consentono l’inserimento di componenti elettronici per prototipare un circuito elettrico.

Con le breadboard e i cavi di collegamento RND è possibile trovare una soluzione, sia che si voglia realizzare un prototipo sia che si voglia verificare la reazione del circuito.

Connettore PCB

I connettori per circuiti stampati sono la parte principale e cruciale delle schede di valutazione. Trasferiscono segnali o energia da un PCB a un altro o da un’altra sorgente all’interno del dispositivo tra i PCB. I connettori richiedono spesso un montaggio, sia a foro passante che a superficie. Esistono connettori PCB maschi e femmine e sono disponibili in diverse dimensioni, forme e attributi unici, come la resistenza alle vibrazioni, ecc.

Lo scopo principale dei connettori per circuiti stampati:

1. Interconnessioni: un collegamento rigido o flessibile tra due circuiti stampati.
2. Connessione di cablaggio – una connessione cablata per i dispositivi fuori bordo, inclusa nella confezione.
3. Connessione di programmazione/debug – connettore (o array di test point) utilizzato per il debug o la programmazione, in genere per un microcontrollore o un field-programmable gate array (FPGA).

Tipi di connettori per circuiti stampati comunemente utilizzati:

• Cavo-scheda
• Da scheda a scheda
• Connettori PCB maschi/ Intestazioni pin
• Connettori PCB femmina
• Connettori per backplane
• Connettori USB
• Connettori RCA
• Connettori audio
• Connettori D-Sub
• Connettori a barile
• Connettori RJ
• Connettore IEC
• Connettori a banana
• Connettori RF

Connettori IDC & cavi a nastro

Potrebbe essere necessario trasferire dati tra un cavo a nastro e una scheda a circuito stampato (PCB). A tal fine, esistono connettori IDC che sono connettori linea-scheda. Il loro ruolo principale è quello di collegare un circuito o un sottosistema a un altro. Il connettore include una varietà di metodi di connessione sicuri ed economici in grado di stabilire una connessione ermetica stabile tra il cavo a nastro e il PCB.

I connettori IDC e i cavi a nastro RND sono costruiti tenendo conto delle specifiche della vostra scheda. Sono una soluzione semplice e compatta per ogni applicazione.

Componenti comunemente usati sui PCB

Sono numerosi i componenti necessari per il corretto funzionamento del dispositivo. Tutti i componenti si “incontrano” sul circuito stampato per creare un sistema elettronico completamente funzionale con capacità energetica.

Resistori

I resistori sono uno dei componenti più utilizzati sui circuiti stampati e sono alla base del controllo della corrente. La loro funzione è quella di ostacolare il flusso di corrente rilasciando energia elettrica sotto forma di calore. I resistori sono disponibili in diversi stili e materiali. Il tipo di resistore più comune è quello composto da film di carbonio. In genere, i resistori assiali sono dotati di conduttori collegati alle estremità dei due lati dell’asta. Inoltre, sui resistori sono presenti anelli colorati, o anche chiamati bande, che forniscono la codifica del colore. Questi anelli contengono un codice che rappresenta il valore di resistenza, la tolleranza e, occasionalmente, l’affidabilità o il tasso di guasto. Il numero di bande varia da tre a sei. Come minimo, due bande rappresentano il valore di resistenza, mentre una banda funge da moltiplicatore.

Transistori

Mentre i resistori sono essenziali per la gestione della corrente, i transistor sono indispensabili per tutta l’elettronica moderna. In realtà si tratta di elementi costitutivi, quindi non sono altro che amplificatori e interruttori elettronici. Sono classificati in tre tipi, il più comune dei quali è il transistor bipolare (transistor a giunzione bipolare: BJT). Questo transistor ha tre componenti e tre pin che consentono il passaggio di corrente e l’amplificazione. Il secondo tipo è costituito dai transistor a effetto di campo (FET), che sono dispositivi unipolari senza giunzione pn nel percorso della corrente primaria. Inoltre, vengono prodotti due tipi di transistor a effetto di campo: Canale N e canale P. Infine, i terzi transistor bipolari a porta isolata (IGBT), costituiti da un MOSFET (transistor a effetto di campo a semiconduttore a ossido metallico) pilotato dalla tensione e seguito da un transistor ad alta corrente.

Condensatori

I condensatori sono presenti su ogni scheda PCB. I condensatori immagazzinano energia e la rilasciano quando è richiesta energia aggiuntiva in un altro punto del circuito. Sono una sorta di piccole batterie con uno spazio di immagazzinamento ancora più piccolo e la capacità di perdere e acquisire energia in un periodo di tempo molto breve. Di conseguenza, vengono spesso utilizzati come fonte di energia di riserva per evitare la perdita di dati in caso di interruzione della fonte primaria di energia. I condensatori sono classificati in base al materiale conduttore delle piastre o al materiale isolante che le separa. Gli hobbisti occasionali e i principianti utilizzano i condensatori in poliestere, i condensatori ceramici o i condensatori radiali. Per distinguere i condensatori dalle resistenze, ricordate che i condensatori hanno due conduttori che sporgono dalla stessa posizione.

Induttori

Gli induttori, noti anche come bobine, bobine e reattori, sono in genere costituiti da un nucleo isolato avvolto da un filo. Questi, come i condensatori, svolgono un ruolo importante nell’accumulo di energia ma mentre i primi utilizzano un campo elettrostatico, gli induttori impiegano un campo magnetico per immagazzinare l’ energia. Quando l’energia li attraversa, si crea un campo magnetico. Più volte il filo viene avvolto intorno al nucleo (cioè il numero di avvolgimenti), più forte è il campo magnetico e quindi l’energia generata. Gli avvolgimenti svolgono una funzione fondamentale nel rafforzamento del campo magnetico, che ha un impatto significativo sull’energia immagazzinata.

Diodi

I diodi sono incredibilmente importanti su un circuito stampato.. Questi componenti a due terminali regolano e deviano il flusso di energia permettendo alla corrente di scorrere in una direzione e bloccandola nell’altra. Per funzionare correttamente, si basano sulla teoria della resistenza elettrica. Questo permette loro di esercitare un controllo sul flusso di energia.

Batterie

Le batterie ampiamente utilizzate sono un metodo comune per alimentare i dispositivi che le persone utilizzano quotidianamente. Tuttavia, vengono utilizzati anche come componenti per l’approvvigionamento energetico nei PCB. Le batterie funzionano immagazzinando energia chimica e convertendola in energia elettronica, che viene poi utilizzata per alimentare vari circuiti su una scheda a circuito stampato.

Circuiti integrati

I circuiti integrati (IC) sono il cervello di tutti i circuiti stampati. Sono ampiamente utilizzati nei dispositivi elettronici. Sebbene le batterie siano una fonte di energia, i circuiti sono centrali elettriche. Su questi piccoli wafer sono alloggiati migliaia (o addirittura milioni) di transistor, resistenze e condensatori. Di conseguenza, possono svolgere numerose funzioni. Possono avere molte operazioni energetiche che si svolgono su un circuito stampato. Il silicone è un materiale utilizzato nella fabbricazione di circuiti integrati. Esistono due tipi di circuiti integrati: digitali e analogici.

Oscillatori

Gli oscillatori sono orologi elettronici che possono essere programmati. Sono utili in molte applicazioni, ad esempio negli orologi al quarzo e nei sistemi audio e video. Sui circuiti stampati, gli oscillatori sono timer o orologi programmabili che generano segnali elettronici. Sono disponibili in varie forme, tra cui gli oscillatori a cristallo utilizzati come timer precisi negli orologi da polso, nei microcontrollori e in altri dispositivi simili. Altri sono gli oscillatori Clapp, gli oscillatori controllati in tensione e molti altri. Gli oscillatori possono essere classificati anche in base a diversi parametri. Potrebbero, ad esempio, basarsi su un meccanismo di feedback.

Interruttori e relè

L’interruttore è un semplice componente che controlla il flusso di corrente nel circuito passando da un circuito aperto a uno chiuso. Gli interruttori a levetta, i microinterruttori, gli interruttori rotanti e gli interruttori a scatola sono considerati la categoria di interruttori più diffusa. Agiscono come interruttori e possono anche ingrandire le correnti minori per produrre correnti più grandi. Allo stesso modo, un relè è un interruttore elettromagnetico che viene attivato da un solenoide, che agisce come un magnete temporaneo quando viene attraversato dalla corrente.

Sensori

I sensori sono componenti elettronici che “percepiscono” gli input fisici o i cambiamenti ambientali e reagiscono di conseguenza. Esistono diversi sensori per diversi stimoli ambientali, come umidità, luce, qualità dell’aria, tatto, suono, umidità e movimento. I sensori sui circuiti stampati spesso convertono l’energia fisica in energia elettrica. Possono andare da un tipo di resistenza in un rilevatore di temperatura a resistenza (RTD) a LED che rilevano segnali a infrarossi, come quelli dei telecomandi televisivi. I sensori sono impiegati in numerose applicazioni pratiche, tra cui il monitoraggio dell’umidità, il rilevamento della qualità dell’aria, i sensori di movimento e l’illuminazione controllata.

Progettazione di PCB con l’elettronica giusta

La progettazione delle connessioni dei circuiti stampati dipende interamente dall’applicazione e in genere inizia dalle esigenze dell’utente. Tuttavia, sia che si tratti di un progetto che verrà prodotto su scala di massa, sia che si tratti di un miglioramento individuale, le apparecchiature collaudate e i componenti giusti sono fondamentali per garantire che il flusso del segnale scorra senza interruzioni attraverso il circuito stampato.

Come potete vedere, RND offre una gamma completa di componenti che vi aiuteranno a iniziare la progettazione elettronica o a realizzare qualsiasi progetto, a prezzi accessibili e di alta qualità.