Development Boards

Tworzenie obwodów elektronicznych przy użyciu komponentów RND

Avatar photo

Płytka PCB (inaczej obwód drukowany lub płytka drukowana) to niezbędny element różnych urządzeń, dzięki któremu poszczególne komponenty mogą się ze sobą komunikować. Płytki drukowane można znaleźć w zasadzie w każdym urządzeniu elektronicznym – w telefonach, czujnikach, komputerach itp. Do zasilenia tych urządzeń konieczne są kompletne obwody elektryczne. RND zapewnia wszystko, co potrzebne do ich stworzenia.

Wprowadzenie do układów elektronicznych

Podstawowym elementem urządzeń elektronicznych jest płytka drukowana, zwana również płytką PCB lub PWB. Płytki PCB służą do montażu podzespołów elektronicznych oraz podłączenia elementów montowanych powierzchniowo i w gniazdach. Płytki drukowane mogą być jedno- lub dwustronne. Bardziej skomplikowane płytki składają się z wielu warstw – dzięki temu zapewniają urządzeniom większą moc.

Ze względu na to, że stanowią kompletny system połączonych ze sobą elementów elektronicznych, płytki PCB porównywane są często do miast, których populacja również stanowi połączony system zapewniający funkcjonowanie społeczeństwa. Krótko mówiąc, płytka drukowana jest sercem każdego urządzenia i sprawia, że wszystkie elementy elektroniczne działają. Produkcja płytek drukowanych rozwinęła się na przestrzeni lat w odpowiedzi na rosnące zapotrzebowanie na lepsze, szybsze i bardziej skomplikowane technologie półprzewodnikowe.

Przemysłowe zastosowania płytek PCB

Płytki drukowane są stosowane w wielu branżach, od małych urządzeń powszechnego użytku, poprzez urządzenia medyczne, aż po wyposażenie pojazdów. Z płytek drukowanych korzysta jednocześnie w dużym stopniu sektor przemysłowy – są one szczególnie przydatne w zakładach produkcyjnych.

Dzięki zautomatyzowanym liniom produkcyjnym firmy mogą zaoszczędzić na kosztach i ograniczyć ilość ludzkich błędów. Jednak komponenty elektroniczne często wymagają dodatkowych płytek PCB o dużej mocy, które są przystosowane do trudnych warunków pracy i wytrzymałe na wibracje maszyn oraz ekstremalne temperatury.

Przykłady wykorzystania płytek PCB w sektorze przemysłowym:

  • Urządzenia energetyczne: zasilacze, falowniki, urządzenia sterujące, urządzenia do pozyskiwania energii słonecznej itp.
  • Urządzenia produkcyjne: wiertarki elektryczne, maszyny montażowe, prasy i rampy itp.
  • Aparatura pomiarowa: sprzęt używany do przeprowadzania pomiarów takich jak temperatura, ciśnienie i inne zmienne w procesie produkcyjnym.

Płytki prototypowe i płytki drukowane

Przed wyprodukowaniem płytki PCB stosuje się zwykle płytki prototypowe, które umożliwiają tworzenie obwodów elektronicznych bez konieczności ich lutowania. Płytki prototypowe są zalecane zwłaszcza dla początkujących projektantów obwodów, ale korzystają z nich również zaawansowani użytkownicy, którzy planują bardziej zaawansowane projekty.

Wybór odpowiedniej płytki PCB zależy od wymagań projektu. Podczas korzystania z płytki prototypowej układ obwodu może być zmieniany, co nie byłoby możliwe na płytce drukowanej – gdzie obwód jest przylutowany na stałe. Płytki prototypowe służą więc do projektowania i eksperymentowania, natomiast płytki PCB przeznaczone są do tworzenia gotowych elementów. Prostokątne płytki prototypowe są wykonane z tworzywa sztucznego i mają wiele otworów przeznaczonych do montażu elementów elektronicznych.

W szerokiej gamie płytek prototypowych i zworek RND znajdziesz odpowiednie rozwiązania do swojego projektu.

Złącza PCB

Złącza PCB stanowią jeden z głównych elementów płytek ewaluacyjnych. Służą do przenoszenia sygnałów lub zasilania z jednej płytki do drugiej lub z innego źródła wewnątrz urządzenia. Złącza montowane są przez otwory przelotowe lub powierzchniowo. Wśród złączy wyróżnia się złącza męskie i żeńskie – wszystkie występują w wielu rozmiarach i kształtach, mają też różne właściwości, jak na przykład odporność na wibracje.

Główne przeznaczenie złączy PCB:

  1. Połączenia – sztywne lub elastyczne dwóch płytek drukowanych.
  2. Połączenie okablowania – połączenie przewodowe urządzeń zewnętrznych.
  3. Połączenia do programowania/debugowania – złącza (lub punkty testowe PCB) służące do debugowania lub programowania, zwykle dla mikrokontrolera lub tablicy bramek programowalnych (FPGA).

Rodzaje powszechnie stosowanych złączy PCB:

  • przewód-płytka,
  • płytka-płytka,
  • męskie złącza PCB / złącza szpilkowe,
  • żeńskie złącza PCB,
  • złącza na płycie montażowej,
  • złącza USB,
  • złącza RCA,
  • złącza audio,
  • złącza D-Sub,
  • złącza tulejowe,
  • złącza RF,
  • złącza IEC,
  • złącza bananowe,
  • złącza RF.

Złącza IDC i kable taśmowe

Złącza IDC to złącza typu przewód-płytka i zostały zaprojektowane z myślą o kablach taśmowych. Ich głównym zadaniem jest połączenie jednej płytki lub podsystemu z pozostałymi. Złącze to umożliwia wiele bezpiecznych i opłacalnych sposobów połączeń, zapewniając stabilne i hermetyczne połączenie między kablem taśmowym a płytką drukowaną.

Złącza IDC i kable taśmowe marki RND stworzono z myślą o wymaganiach płytek PCB. Są łatwym i kompaktowym rozwiązaniem do każdej aplikacji.

Powszechnie stosowane komponenty PCB

Do sprawnego działania urządzeń niezbędne są liczne komponenty, umiejscowione na płytce drukowanej tworzące w pełni funkcjonalny układ elektroniczny.

Rezystory

Rezystor to jeden z najczęściej stosowanych komponentów, który stanowi podstawę sterowania prądem. Ich zadaniem jest ograniczenie przepływu prądu poprzez uwalnianie energii elektrycznej w postaci ciepła. Rezystory dostępne są w różnych formach i wykonane są z różnych materiałów. Najpopularniejsze są rezystory złożone z warstwy węglowej. Rezystory osiowe mają zwykle wyprowadzenie po obu końcach korpusu. Na rezystorach umieszczane są oznakowania w formie kolorowych pasków, które reprezentują wartość oporu, tolerancję, a czasem współczynnik niezawodności. W zależności od rezystora spotyka się od trzech do sześciu pasków. Przynajmniej dwa paski wskazują wartość rezystancji, a jeden służy jako mnożnik.

Tranzystory

Tranzystory pełnią rolę przełączników i wzmacniaczy stanowiąc kluczowy element wielu układów elektronicznych. Wyróżnia się trzy rodzaje tranzystorów, z których najbardziej rozpowszechniony jest tranzystor bipolarny. Tranzystor ten składa się z trzech elementów i trzech styków, które umożliwiają przepływ prądu i jego wzmacnianie. Drugim rodzajem są tranzystory polowe, które są urządzeniami unipolarnymi bez złącza p-n. W tego rodzaju tranzystorach prąd płynie przez przewodnik w jednym typie przewodnictwa. Wśród tranzystorów bipolarnych i unipolarnych wyróżnia się dodatkowo dwa rodzaje: z kanałem typu N i z kanałem typu P. Trzeci rodzaj to tranzystor IGBT, który łączy w sobie zalety tranzystora bipolarnego i polowego. IGBT to tranzystor bipolarny z izolowaną bramką (ang. insulated -gate bipolar transistors). Tranzystory IGBT składają się z tranzystora MOSFET i tranzystora wysokoprądowego.

Kondensatory

Kondensatory znajdują się na każdej płytce PCB. Kondensatory magazynują energię i zwracają ją, gdy w innym miejscu obwodu potrzebne jest dodatkowe zasilanie. Są to swego rodzaju małe baterie, które mają zdolność uwalniania i pozyskiwania energii w bardzo krótkim czasie. Z tego względu są one często stosowane jako zapasowe źródło energii, zabezpieczające przed utratą danych w przypadku awarii podstawowego źródła zasilania. Rodzaje kondensatorów dzieli się według materiału przewodzącego płytki lub materiału izolacyjnego, który je oddziela. Kondensatory poliestrowe, kondensatory ceramiczne oraz kondensatory radialne są powszechnie stosowane przez początkujących i hobbystów. Kondensatory w przeciwieństwie do rezystorów, mają dwa wyprowadzania wychodzące z tego samego miejsca.

Cewki indukcyjne

Cewki, zwane również dławikami, zbudowane są zwykle z izolowanego rdzenia owiniętego drutem. Podobnie jak kondensatory odgrywają istotną rolę w magazynowaniu energii. Kondensatory wykorzystują w tym celu pole elektrostatyczne, natomiast cewki pole magnetyczne. Gdy przez cewkę przepływa energia, powstaje pole magnetyczne. Im większa liczba zwojów, tym silniejsze pole magnetyczne. Zwoje pełnią kluczową funkcję we wzmacnianiu pola magnetycznego, co ma istotny wpływ na zmagazynowaną energię.

Diody

Diody odgrywają bardzo ważną rolę na płytce drukowanej. To właśnie te dwukońcówkowe elementy regulują i przekierowują przepływ energii, pozwalając na przepływ prądu w jednym kierunku i blokując go w drugim. Ich działanie opiera się na teorii oporu elektrycznego.

Baterie

Baterie są powszechnie stosowaną metodą zasilania wielu codziennych urządzeń. Znajdują również zastosowanie jako elementy dostarczające energię w płytkach PCB. Baterie działają poprzez przechowywanie energii chemicznej i przekształcanie jej w energię elektroniczną, która jest następnie wykorzystywana do zasilania różnych obwodów na płytce drukowanej.

Układy scalone

Układy scalone (IC) są mózgiem wszystkich płytek drukowanych. Baterie są źródłem energii, ale układy scalone są niczym elektrownie. Na tych małych płytkach mieszczą się tysiące (a nawet miliony) tranzystorów, rezystorów i kondensatorów. Dzięki temu układy scalone mogą pełnić wiele funkcji. Na płytce drukowanej można wykonać wiele operacji energetycznych. Do produkcji układów scalonych stosuje się krzem. Istnieją dwa rodzaje układów scalonych: cyfrowe i analogowe.

Oscylatory

Oscylatory to programowalne elektroniczne zegary, które znajdują zastosowanie w wielu aplikacjach, np. w zegarkach kwarcowych oraz systemach audio i wideo. Oscylatory umieszczone na płytkach PCB są programowalnymi czasomierzami lub zegarami, które generują sygnały elektroniczne. Dostępne są w różnych formach, w tym oscylatorów kryształowych, które są wykorzystywane jako precyzyjne zegary w zegarkach na rękę, mikrokontrolerach i innych podobnych urządzeniach. Wyróżnia się także m.in. oscylatory Clappa i oscylatory sterowane napięciem. Oscylatory można również skategoryzować na podstawie różnych parametrów. Mogą one być np. oparte na mechanizmie sprzężenia zwrotnego.

Przełączniki i przekaźniki

Przełącznik jest prostym elementem, który kontroluje przepływ prądu w obwodzie poprzez przełączanie pomiędzy obwodem otwartym i zamkniętym. Przełączniki dwustabilne, mikroprzełączniki, przełączniki obrotowe, przełączniki skrzynkowe to najczęściej stosowane typy przełączników. Przełączniki mogą również wzmacniać mniejsze prądy. Przekaźnik to przełącznik elektromagnetyczny uruchamiany przez solenoid, który działa jak chwilowy magnes, gdy przepływa przez niego prąd.

Czujniki

Czujniki to elektroniczne komponenty, które rozpoznają sygnały fizyczne lub zmiany środowiskowe i odpowiednio na nie reagują. Na rynku dostępnych jest wiele czujników reagujących na różne bodźce środowiskowe, takie jak wilgotność, światło, jakość powietrza, dotyk, dźwięk, wilgoć i ruch. Czujniki montowane na płytkach drukowanych często przetwarzają energię fizyczną na energię elektryczną. Mogą one mieć różną postać, np. rezystora w rezystancyjnym czujniku temperatury (RTD) lub diod LED, które wykrywają sygnały podczerwone, takie jak te spotykane w pilotach telewizyjnych. Czujniki znajdują wiele praktycznych zastosowań, w tym monitorowanie wilgotności, wykrywanie jakości powietrza, wykrywanie ruchu i sterowanie oświetleniem.

Projektowanie płytek PCB przy użyciu odpowiednich komponentów elektronicznych

Projektowanie połączeń na płytkach PCB jest uwarunkowane specyfiką danego zastosowania i zależy od potrzeb projektu. Dobór odpowiednich komponentów zapewnia płynny przepływ sygnałów i zapobiega powstawaniu zakłóceń na płytce PCB.

W ofercie RND znajduje się szeroka gama najwyższej jakości komponentów niezbędnych do projektowania układów elektronicznych w atrakcyjnych cenach.

Total
0
Shares
Poprzedni post

Cyfrowy bliźniak w sektorze zdrowia

Następny post

Webinar marki Keysight: Wprowadzenie do Smart Bench Essentials z Anthonym S’ng

Powiązane posty