بردهای الکترونیکی مکانیسمهایی هستند که از اتصال عناصر مدار؛ مانند مقاومتها، دیودها، ترانزیستورها، خازنها و سلفها به یکدیگر تشکیل میشوند. آنها در ساختار دستگاههای الکترونیکی نقش دارند. یک دستگاه الکترونیکی میتواند حاوی بردهای الکترونیکی زیادی باشد. در زیر، مهمترین اجزای برد الکترونیکی مورد بررسی قرار گرفته شدهاند.
معرفی اجزای برد الکترونیکی
همه دستگاههای الکترونیکی از قطعات مختلفی تشکیل شدهاند. این قطعات با هم کار میکنند تا جریان و ولتاژ را تغییر دهند و اثر مورد نظر را ایجاد کنند. بردهای الکترونیکی بهعنوان ستون فشردهای عمل میکنند که همه چیز را متصل نگه میدارند و به راحتی قابل استفاده هستند.
در سادهترین شکل، برد الکترونیکی یک تخته پلاستیکی است که با شیشه تقویت شده است. به این تخته، خطوط و پدهای مسی متصل شدهاند که از یک لایه مسی بریده شدهاند. این خطوط مسی (که بهعنوان ردیاب شناخته میشوند) به بار الکتریکی اجازه میدهند از طریق برد جریان یابد و به اجزای مختلفی که به طور سیستماتیک روی آنها قرار دارند، نیرو دهد.
در بالای لایه مس، ماسک لحیمکاری قرار دارد. ماسک لحیمکاری، برد الکترونیکی را به رنگ سبز قابل تشخیص تبدیل میکند. این کار مس را از هر قسمت فلزی که ممکن است تصادفا با آن تماس پیدا کند، عایق خواهد کرد. با این حال، بخشهایی از فلز در معرض دید باقی میمانند تا بتوان آنها را به برد لحیم کرد. یک صفحه بالای ماسک لحیم نیز مینشیند. روی آن، حروف و اعداد ترسیم شدهاند که مونتاژ برد الکترونیکی را برای مهندسان آسانتر میکنند.
تابلوهای مدار
از جمله مهمترین اجزای برد الکترونیکی تابلوی مدار است. تابلوهای مدار دارای انواع مختلفی هستند و هر کدام، الزامات مونتاژ خاص خود را دارند؛ بنابراین، انتخاب آنها بر اساس نوع پروژه انجام میشود. همچنین این قطعه، قیمت و وزن محصول نهایی شما را تعیین میکند.
مقاومت برد الکترونیکی (مقدار ثابت)
مقاومتها یکی از سادهترین و پرکاربردترین اجزای برد الکترونیکی هستند. به علاوه، آنها اجزای غیرفعال دو ترمینالی میباشند که در درجه اول برای کاهش جریان مدار از آنها استفاده میکنیم. علاوه بر این، آنها در مواد، مقادیر و اندازههای مختلف وجود دارند. مقدار مقاومت الکتریکی یک مقاومت را با استفاده از اهم اندازهگیری میکنند.
معمولا میتوانید مقدار مقاومت را با کدهای رنگی و برچسبهای مقاومت شناسایی کنید. علامت مقاومتها، R است. علاوه بر این، رایجترین نوع مقاومت، مقاومت با مقدار ثابت میباشد. با این حال، مقاومتهای متغیر نیز در دسترس هستند.
مقاومتهای متغیر
مقاومتهای متغیر به شما امکان میدهند مقدار یا قدرت مقاومت خود را به صورت دستی تغییر دهید. علاوه بر این، آنها معمولا با یک صفحه یا کشویی ارائه میشوند که میتوانید از آن برای کنترل میزان مقاومت استفاده کنید. با این وجود، رایجترین انواع مقاومتهای متغیر عبارتاند از:
– پتانسیومترها
– رئوستات ها
– مقاومتهای دیجیتال
علامت یک مقاومت متغیر میتواند RV، VR یا فقط R باشد.
خازن برد الکترونیکی
خازن از دیگر اجزای برد الکترونیکی است که به طور موقت، انرژی الکتریکی را ذخیره میکند. سپس در زمانی که هر بخشی از مدار به آن نیاز داشته باشد، این بار را پراکنده میکند. خازنها مانند مقاومتها، قطعات الکترونیکی غیرفعال دو ترمینالی هستند. شما به راحتی میتوانید آنها را با توجه به شکل طبل مانند آنها، شناسایی کنید. علاوه بر این، آنها در کدهای رنگی مختلف عرضه میشوند. برای اندازهگیری مقدار خازن از ظرفیت خازن استفاده میکنند. علامت خازن، حرف C است.
این قطعه در انواع مختلفی وجود دارد که رایجترین آنها، دیسک الکترولیتی و سرامیکی است. ظرفیت یک جزء معمولا بر حسب میکروفاراد (µF) اندازهگیری میشود.
ترانزیستور برد الکترونیکی
ترانزیستور یک نیمه هادی چند ترمینالی (اغلب سه ترمینالی) است که سیگنالهای الکتریکی و جریان الکتریکی را تقویت یا کاهش میدهد. سه نوع اصلی ترانزیستور وجود دارد:
– اتصال دوقطبی (BJT)
– اثر میدانی (FETs)
– دوقطبی گیت عایق (IGBT)
رایجترین ترانزیستور، نوع پیوند دوقطبی است. بیشتر افراد اغلب ترانزیستورها را با مقاومت اشتباه میگیرند. اگرچه کارکردهای آنها همپوشانی دارند، اما اهداف متفاوتی را دنبال میکنند. معمولا از ترانزیستورها بهعنوان سوئیچهای الکترونیکی استفاده میشود. حرف T علامت ترانزیستور در شماتیک الکترونیکی است.
سلف برد الکترونیکی
سلفها که با نام القاگر نیز در بین اجزای برد الکترونیکی شناخته شده هستند، عملکردی مشابه خازنها دارند. در مجاورت آنها اجزای منفعل دو ترمینالی قرار دارند که بار الکتریکی را در یک میدان مغناطیسی ذخیره میکنند.
در درجه اول به دلیل ظاهری که خازن دارد، بیشتر افراد آن را با عنوان سیم پیچ، چوک یا راکتور میشناسند. سلفها معمولا شامل یک سیم پیچشده به یک سیمپیچ هستند. در نتیجه، آنها یکی از متمایزترین اجزای برد الکترونیکی محسوب میشوند و به راحتی قابل شناسایی خواهند بود. علامت یک سلف در نمودار مدار، L است.
دیود برد الکترونیکی
دیودها از دیگر اجزای برد الکترونیکی هستند که اجازه میدهند جریان الکتریکی تنها در یک جهت جریان یابد. هر دیود دارای دو ترمینال به نامهای آند و کاتد است. هنگامی که آند با ولتاژ مثبت و کاتد با ولتاژ منفی شارژ میشود، جریان الکتریکی میتواند جریان یابد. دیود با معکوس کردن این ولتاژها از عبور جریان جلوگیری خواهد کرد. انواع مختلفی از دیودهای مختلف در بازار وجود دارند؛ رایجترین دیودها عبارتاند از:
– ساطع نور
– زنر
– لیزر
– بهمنی
– شاتکی
– فتودیود
– دیود اتصال PN
هر دیود هدف و عملکرد خاص خود را دارد. بهعنوان مثال، برخی از دیودها ممکن است بهعنوان یک کلید الکترومغناطیسی (اتصالات PN) عمل کنند. در حالی که برخی دیگر بهعنوان منبع نور (LED) عمل مینمایند. بر این اساس، ما دیودهای مختلف را با استفاده از علائم و حروف مختلف شناسایی میکنیم. به طور خاص، علامت یک دیود عمومی در یک نمودار مدار، D است. با این حال، گاهی اوقات از LED برای نشان دادن دیودهای ساطعکننده نور در یک شماتیک الکترونیکی استفاده میشود.
فیوز برد الکترونیکی
فیوزها از دیگر اجزای برد الکترونیکی هستند که از مدار الکتریکی در برابر جریان اضافی، محافظت میکنند که ممکن است منجر به گرم شدن بیش از حد شود. معمولا فیوز شبیه یک قطعه شیشهای استوانهای شفاف (سیلیکون) است که در هر طرف با فلز پوشیده شده است و یک سیمپیچ از داخل آن عبور میکند. با این حال، بخش میانی فیوز همیشه شفاف نیست و در بیشتر موارد، سفید است.
مدارهای مجتمع برد الکترونیکی
مدار مجتمع یا تراشه به وسیلهای تخصصی اطلاق میشود که تمام اجزای مورد نیاز یک برد الکترونیکی را دارا باشد. این قطعه دارای دیودها، ترانزیستورها و سایر وسایلی است که همگی روی یک قطعه کوچک سیلیکون حک شدهاند. مدار مجتمع در بسیاری از دستگاههای الکترونیکی از جمله ساعت و کامپیوتر استفاده میشود.
حسگرهای برد الکترونیکی
این حسگرها دستگاههایی هستند که تغییرات در شرایط محیطی را تشخیص میدهند و سیگنال الکتریکی تولید میکنند. این سیگنالها مطابق با تغییری هستند که حسگر شناسایی کرده است و به سایر اجزای برد مدار ارسال میشوند. حسگرها یک عنصر فیزیکی مانند حرکت نور، کیفیت هوا یا صدا را مانند مبدل، به انرژی الکتریکی تبدیل مینمایند.
جمعبندی
هر کدام از اجزای برد الکترونیکی عملکرد متفاوتی دارند. آنها به مدار، ویژگیهای منحصر به فردی میدهند که آن را برای هدف مورد نظر خود مناسب میکنند. بسته به دستگاه یا مورد الکترونیکی که برد برای آن طراحی شده است، اجزای متفاوتی برای مدارهای مختلف مورد نیاز خواهند بود. این قطعات میتوانند از طیف وسیعی از قطعات الکترونیکی تشکیل شوند. برخی از اجزای متداول برد الکترونیکی عبارتاند از: مقاومتها، خازنها، دیودها، ترانزیستورها، سلفها و مدارهای مجتمع.
برد الکترونیکی یا PCB یک صفحه نازک ساخته شده از فایبرگلاس، اپوکسی کامپوزیت یا سایر مواد لمینت است. PCBها در قطعات مختلف الکتریکی مانند بیپر، رادیو، رادار، سیستمهای کامپیوتری و غیره یافت میشوند. همچنین انواع مختلفی از PCB بر اساس کاربرد وجود دارند. به لطف فناوری در حال توسعه، بردهای الکترونیکی پیشرفت زیادی داشتهاند. در ادامه، انواع بردهای الکترونیکی و کاربردهای آنها مورد بررسی قرار گرفتهاند.
برد الکترونیکی چیست؟
بیش از یک قرن پیش، سیمکشی پیچیده، دستگاههای الکترونیکی را متحول کرد. اکنون این سیمها با بردهای الکترونیکی یا PCB جایگزین شدهاند. بردهای الکترونیکی یا PCB، مواد غیر رسانا با خطوط رسانا چاپ شده هستند. قطعات الکترونیکی روی این برد نصب میشوند و از طریق رسانا، قطعات به یکدیگر متصل خواهند شد تا یک مدار یا مجموعه کار تشکیل دهند.
بردهای الکترونیکی میتوانند در یک طرف یا دو طرف خود رسانا داشته باشند. همچنین این بردها میتوانند لایههای زیادی از هادیها داشته باشند که هر کدام توسط لایههای عایق از هم جدا شدهاند.
متداولترین بردهای الکترونیکی از کامپوزیتهای پلاستیکی یا الیاف شیشه و رزین ساخته میشوند. البته طیف گستردهای از مواد دیگر نیز برای ساخت آنها مورد استفاده قرار میگیرند. اکثر PCBها مسطح و سفت و سخت هستند. همچنین بردهای انعطافپذیری هم وجود دارند که میتوانند در فضاهای پیچیده قرار بگیرند.
مشخصات بردهای الکترونیکی
عملکرد بردهای الکترونیکی بر اساس عبور یک سیگنال الکتریکی از مسیرهای مسی موجود در هر یک از آنها است. این مسیرها که ترک (track ) نامیده میشوند، نشاندهنده ارتباط بین اجزای مختلف لحیم شده روی برد هستند.
استفاده از بردهای الکترونیکی، آسان است و نیاز به نگهداری کمی دارند. به لطف ویژگیهایی که دارند، مداخلات آزمایشی نیز به روشی بسیار ساده در طول چرخه تولید آنها انجام میشوند. همچنین به لطف طراحی دقیق آنها، نصب و تعمیر آنها آسان است و شناسایی خطاها یا اجزایی که به درستی کار نمیکنند، به همان اندازه آسان است.
اجزای برد الکترونیکی میتواند بسیار زیاد باشد. بسته به نیاز، مدار الکترونیکی یک برد، بستر عملی را برای چیدمان قطعات الکترونیکی به شیوهای بهینه و کارآمد فراهم میکند. بهاینترتیب، میتوان مدارهای الکترونیکی پیچیدهای ایجاد کرد که فضای کمی را اشغال میکنند و بهراحتی میتوان آنها را در داخل دستگاه قرار داد.
اجزای بردهای الکترونیکی با جوش ثابت میشوند. به همین دلیل، حتی اگر وسیلهای که در آن قرار دارند، ضربه یا حرکات ناگهانی بخورد، حرکت نمیکنند و روی برد ثابت میمانند.
بردهای الکترونیکی چه کاری انجام میدهند؟
بردهای الکترونیکی دو هدف مهم دارند. اولین مورد، عموماً حفظ قطعات الکترونیکی در کنار هم یا ایجاد یک اتصال الکتریکی بدون درز بین قطعات است. هدف دوم این بردها، ایجاد شبکه است. برد، عایق و انعطافپذیر نیست. اتصالات کلی که روی سطح برد دیده میشوند، بخشی از فویل رسانا هستند که در ابتدای مراحل تولید، کل برد را میپوشانند. اجزای الکترونیکی با استفاده از شیارهای رسانا و ویژگیهای حک شده از ورقهای چندلایه مس روی بستر غیر رسانا به هم متصل میشوند.
تطبیق پذیری برد الکترونیکی
بردهای الکترونیکی مدارهای چاپی هستند که شامل تمام اجزای الکتریکی و الکترونیکی لازم برای عملکرد وسیله برقی میشوند؛ بنابراین، آنها حاوی تمام قطعات مفید برای تشکیل یک مدار الکترونیکی هستند.
بردهای الکترونیکی همچنین میتوانند به لطف استفاده از یک واحد مرکزی که با کنترل و پردازش سروکار دارد، به یکدیگر متصل شوند. به این ترتیب، آنها یک سیستم الکترونیکی پیچیده را تشکیل میدهند. این نوع بردها با توجه به ویژگی تطبیق پذیری که دارند، برای عملکرد و زمینههای مختلف طراحی و ساخته میشوند.
کاربرد برد الکترونیکی در بخشهای مختلف
مهمترین زمینه کاربرد این بردها، دقیقا حوزه الکترونیک است. آنها مبنایی را برای نصب و تعریف اتصالات دستگاههای سخت افزاری و سایر دستگاههای الکترونیکی نشان میدهند. اجزای بردهای الکترونیکی، طراحی انواع مختلف دستگاهها را تسهیل میکنند. زمینههای کاربردی این نوع بردها بسیار زیاد و متنوع هستند. بخشهای صنعتی استفاده از بردهای الکترونیکی عمدتا عبارتاند از:
– پزشکی
– اتوماسیون صنعتی
– درایو موتور
– الکترونیک و قدرت
– خودرو
– اتوماسیون خانگی
– مخابرات
– رباتیک
بردهای الکترونیکی به دلیل مزایای فراوان، در هر زمینهای کاربرد دارند. بهعنوانمثال، دستگاههایی مانند سمعک و ضربان سازهای مورد استفاده در بخش سلامت، حاوی PCB هستند. در زمینه نظامی، از این بردها در سلاحهای مدرن، وسایل نقلیه و سیستمهای الکترونیکی مانند هدفگیری و رباتیک استفاده میشود. PCB در الکترونیک صنعتی و تجاری نیز کاربرد دارد. با استفاده از PCB، محصولاتی ایمنتر و سبکتر برای پهپادها، دوربینها و دستگاههای الکترونیکی سیار تولید میشوند.
روش مونتاژ انواع برد الکترونیکی
بسیاری از فناوریهایی که روزانه استفاده میکنیم، بدون اختراع بردهای الکترونیکی امکان پذیر نبودند. بردهای الکترونیکی نهتنها کوچک کردن تجهیزات الکترونیکی را ممکن بلکه ساخت مدارهای قدرتمند را نیز مقرونبهصرفهتر کردهاند. امروزه، بردهای الکترونیکی در همه جا یافت میشوند. در حالی که ویژگیهای فیزیکی آنها بسیار متفاوت هستند؛ هنوز هم با چند اصل طراحی اصلی مطابقت دارند. دو نوع روش مونتاژ برد الکترونیکی وجود دارد که استفاده از آنها بسیار رایج است:
بردهای الکترونیکی سنتی: این نوع برد، یک یا دو طرفه است و از تکنیک کلاسیک PTH (Pin Through Hole) در آن برای اتصال اجزا استفاده میکنند. این تکنیک نیاز به ایجاد سوراخهایی روی سطح برای استفاده از قطعات الکترونیکی دارد.
برد ساخته شده با تکنیکSMT (فناوری نصب سطحی): در این تکنیک، لحیمکاری قطعات را روی سطح برد متصل میکند.
انواع برد الکترونیکی
ابتداییترین نوع PCB برد تک لایه است که همانطور که از نام آن پیدا است، شامل نصب یک لایه مس روی یک بستر میشود. پیشرفتهای بعدی منجر به PCB های دو لایه و چند لایه شدند که چندین لایه مس را روی دو یا چند زیرلایه اعمال میکردند. این پیشرفتها، امکان افزودن تراکم بسیار بالاتری از قطعات به PCB را داد و استفاده از آن برای ایجاد دستگاههای قدرتمندتر را فراهم کرد.
در حالی که تعمیر و نگهداری بردهای چند لایه سختتر است، اکنون ساخت آنها به قدری ارزان شده است که اغلب، تعویض کل برد مقرونبهصرفهتر از تعمیر آن خواهد بود.
امروزه رایجترین بستر برای بردهای الکترونیکی، اپوکسی شیشهای است؛ البته با افزایش محبوبیت PCB، مواد جدید دیگری نیز به کار گرفته میشوند. نمونههایی از پیکربندیهای PCB عبارتاند از PCBهای صلب، PCBهای انعطافپذیر، PCBهای صلب انعطافپذیر و PCBهای فرکانس بالا. در پیکربندیهای مختلف، اغلب از بسترهای مختلفی استفاده میشود.
مزایای برد الکترونیکی
PCBها مزایای زیادی نسبت به مدارهای سیمی سنتی دارند. PCBها دارای مزایای مکانیکی مانند دوام، گرمایش کمتر و حداقل استفاده از کابلها هستند. مونتاژ کردن بردهای الکترونیکی نسبت به مدارهای سنتی، سادهتر است و طراحی برنامههای مهندسی را راحتتر و آزادانهتر میکنند. همچنین این بردها با سادهسازی عناصر مدار، ابعاد دستگاههای الکترونیکی را کاهش میدهند.
از دیگر مزایای آنها میتوان به سهولت نگهداری و تعمیر و کاهش نویز الکتریکی در مدارهای فرکانس بالا اشاره کرد. تولید انبوه وسایل الکترونیکی نیز با استفاده از PCB، سرعت قابل توجهی یافته است.
جمعبندی
بردهای الکترونیکی، بردهای پیچیده و تخصصی با تولید انبوه هستند و انواع گوناگونی دارند. PCBها تقریبا در هر دستگاه الکترونیکی شناخته شدهای استفاده میشوند. برد الکترونیکی شامل ورقی از مواد عایق مانند فایبرگلاس است که مدار یا مسیر فلزی برای هدایت الکتریکی روی آن چاپ یا حک شده است. PCBها تقریبا در تمام صنایع روی کره زمین راه خود را پیدا کردهاند. از الکترونیک ساده در سیستم روشنایی گرفته تا صنایع پیچیدهتر مانند فناوری پزشکی یا هوافضا.