Součásti plošných spojů: Jak identifikovat součástky na desce plošných spojů

Je nezbytné porozumět základním součástkám plošných spojů, ať už s elektronikou teprve začínáte, nebo si chcete vylepšit své dovednosti. Každá součástka plošného spoje hraje jedinečnou, ale zároveň doplňkovou roli při realizaci projektů, od rezistorů a kondenzátorů až po integrované obvody a senzory.

Nicméně, vzhledem k desítkám součástek, které se běžně používají i na jednoduchých deskách, může být orientace v moři součástek ohromující. Tato příručka si klade za cíl rozebrat základní součástky desek plošných spojů. Vysvětlíme, k čemu každá součástka na desce plošných spojů slouží, jak funguje, jaké jsou běžné typy, se kterými se můžete setkat, a uvedeme příklady jejich použití.

Jaké jsou součásti desky plošných spojů?

Deska plošných spojů (PCB) obsahuje několik klíčových elektronických součástek, které společně napájejí naše elektronická zařízení. Zde jsou některé z nejdůležitějších a nejběžnějších součástek, které se na deskách plošných spojů nacházejí (seznam součástek desek plošných spojů).

Integrované obvody (IC)

Integrované obvody (IO), nazývané také čipy nebo mikročipy, jsou jedním z nejzákladnějších stavebních kamenů moderní elektroniky. IO umožňují konstrukci celých obvodů v malém prostoru díky miniaturizovaným tranzistorům a dalším součástkám. IO mohou obsahovat tisíce drobných elektronických součástek, jako jsou tranzistory, rezistory a kondenzátory, vyleptaných na malém křemíkovém čipu.

Tato úroveň miniaturizace umožnila vznik dnešních výkonných počítačů, telefonů a dalších zařízení. Integrované obvody se dodávají v různých pouzdrech, od jednoduchých součástek pro montáž do otvorů až po složité čipy pro povrchovou montáž. Bez ohledu na jejich velikost nebo tvar fungují integrované obvody jako „mozek“ desky plošných spojů a provádějí složité operace a funkce.

O PCBasicu

Čas jsou ve vašich projektech peníze – a PCBasic chápe PCBasic je montážní firma PCB který pokaždé přináší rychlé a bezchybné výsledky. Náš komplexní Montážní služby PCB zahrnují odbornou technickou podporu v každém kroku, což zajišťuje špičkovou kvalitu každé desky. Jako přední Výrobce sestav PCB, Nabízíme komplexní řešení, které zefektivní váš dodavatelský řetězec. Spolupracujte s naší pokročilou Továrna na prototypy desek plošných spojů pro rychlé vyřízení a vynikající výsledky, na které se můžete spolehnout.

Rezistory

Rezistory jsou jednou z nejzákladnějších a nejběžněji používaných součástí desek plošných spojů. Jejich základní funkcí je bránit toku elektrického proudu v obvodu nebo jej omezovat. Rezistory jsou klíčové pro regulaci proudu, dělení napětí a zajištění zakončovacích impedancí v elektronických obvodech. Jsou k dispozici v různých hodnotách odporu a úrovních tolerance.

Na deskách plošných spojů jsou rezistory obvykle malé válcové nebo obdélníkové součástky s barevně kódovanými pásky označujícími jejich odpor. Jejich jednoduchá, ale klíčová role dělá z rezistorů jednu z nejrozšířenějších součástí na většině desek plošných spojů.

Kondenzátory

Kondenzátory jsou po rezistorech druhou nejpoužívanější součástí desek plošných spojů. Jejich funkcí je dočasně ukládat elektrický náboj a vyrovnávat napětí v obvodu. Kondenzátory využívají dvě vodivé desky oddělené izolačním materiálem známým jako dielektrikum. Různé typy dielektrických materiálů poskytují různé hodnoty kapacity.

Kondenzátory se dodávají v mnoha tvarech a velikostech, ale hlavně se identifikují podle své kapacity. Mezi běžné typy, které se používají na deskách plošných spojů, patří keramické diskové kondenzátory, tantalové kondenzátory a elektrolytické kondenzátory. Kondenzátory hrají důležitou roli v regulaci úrovní napětí, oddělování šumu a filtrování signálů – klíčových funkcích nezbytných pro správný provoz obvodu.

Tlumivky

Induktory jsou další důležitou součástí desek plošných spojů. Podobně jako kondenzátory, i induktory ukládají energii, ale místo elektrického náboje ji ukládají jako magnetické pole. Induktory jsou cívky z drátu omotané kolem jádra, často z feromagnetického nebo feritového materiálu. Když proud prochází cívkou, vytváří se magnetické pole úměrné proudu a počtu závitů v cívce.

Induktory mají vlastnost odolávat změnám v toku proudu, což je činí nedílnou součástí funkcí, jako je filtrování šumu a vyhlazování fluktuací v obvodech střídavého proudu. Mezi běžné induktory, které se vyskytují na deskách plošných spojů, patří vinuté, vícevrstvé a stíněné indukční součástky dostupné v různých hodnotách indukčnosti.

Konektory

Konektory jsou základní komponenty rozhraní, které umožňují připojení desek k externím obvodům a dalším zařízením. Mezi běžné typy konektorů používané v elektronice patří pinové konektory, svorky typu drát-deska, ploché kabely, headery typu deska-deska a externí konektory, jako jsou USB, HDMI a modulární jacky.

● Pinové konektory jsou základní inline konektory, které propojují desky s věcmi, jako jsou nepájivé desky, během prototypování
● Svorkovnice ukončují vodiče z externích zařízení
● Ploché kabely a konektory mezi deskami propojují více desek plošných spojů interně nebo v rámci větších zařízení
● Externí konektory poskytují průmyslově standardizovaná rozhraní pro běžné I/O funkce.

Konektory musí být dostatečně robustní, aby umožňovaly zapojení a rozpojení během montážních/provozních cyklů. Jejich konfigurace pinů odpovídá standardům rozhraní, aby umožňovala integraci do systémů.

transformátory

Transformátory jsou součástky desek plošných spojů používané k přenosu elektrické energie z jednoho obvodu do druhého pomocí elektromagnetické indukce. Skládají se ze dvou nebo více cívek drátu omotaných kolem společného jádra. Změnou počtu vinutí cívky se mění přenášené napětí podle transformátorové rovnice.

Mezi běžné použití transformátorů patří napájecí zdroje, kde snižovací transformátory snižují nebezpečné napětí pro bezpečnou spotřebu, nebo zvyšovací transformátory zvyšují napětí pro přenosové aplikace. 

Komunikační zařízení také používají transformátory k vyrovnání impedancí napříč přenosovými vedeními.

Izolátory signálu používají transformátory k elektrické izolaci citlivých obvodů od prostředí náchylného k šumu. Na deskách plošných spojů se transformátory jeví jako samostatné součástky pro montáž do otvorů nebo na povrch určené pro aplikace převodu střídavého napětí.

Krystalové oscilátory

Krystalové oscilátory jsou časovací prvky, které se nacházejí na deskách plošných spojů. Obsahují kus piezoelektrického materiálu, obvykle křemenného krystalu, který fyzicky kmitá na přesné frekvenci, když je aplikován elektrický proud. Tato oscilace vytváří periodický elektronický signál, který slouží jako referenční zdroj hodin.

Integrované hodiny jsou klíčové, protože moderní obvody se pro správné fungování spoléhají na přesné časování. Krystal spolehlivě osciluje, aby udržel mikrokontroléry synchronizované a zajistil, že procesy probíhají ve správných intervalech. Díky své stabilitě a malým rozměrům jsou krystaly vhodné pro aplikace vyžadující přesnost, jako jsou počítače a telefony. Krystaly obvykle oscilují mezi 1 MHz a 100 MHz, což je v rámci frekvenčních rozsahů potřebných různými čipy.

Tranzistory

Tranzistory jsou základní elektronické součástky, které fungují jako spínače nebo zesilovače. Nejrozšířenějším typem je bipolární tranzistor (BJT), který má tři svorky: bázi, kolektor a emitor. 

Když je na bázi aplikován malý proud, mezi kolektorem a emitorem protéká mnohem větší proud. Toto spínací působení zesiluje elektrické signály a reguluje proud, což umožňuje kritické funkce.

Bipolární tranzistory (BJT) se nacházejí v zařízeních od jednoduchých rádií až po pokročilé procesory. Tranzistory tvoří základ digitální elektroniky a počítačů, protože je lze uspořádat tak, aby prováděly logické operace. Jejich spolehlivé spínání s nízkou spotřebou energie je důvodem, proč se tranzistory staly základním stavebním kamenem všech moderních elektronických zařízení.

Diody

Diody jsou jednosměrné elektronické ventily, které umožňují průtok proudu pouze jedním směrem. Nejběžnějším typem je světelná dioda (LED), která emituje světlo, když jí protéká proud v přímém směru od anody ke katodě. Na deskách plošných spojů diody chrání součástky blokováním proudu tekoucího v nesprávném směru, čímž zabraňují poškození. LED diody se také široce používají jako kontrolky.

Jiné typy diod umožňují funkce, jako je usměrňování proudu. Například diodové usměrňovače převádějí střídavý proud ze zdrojů energie na stejnosměrný proud používaný v obvodech. Jejich směrově specifické vedení umožňuje diodám řídit tok signálu a výkonu a hrát zásadní roli v signalizačních a regulačních funkcích, což z diod dělá všudypřítomné součásti ve všech moderních elektronických zařízeních.

Křemíkem řízené usměrňovače (SCR)

Tyristory (SCR) jsou polovodičové součástky podobné diodám a tranzistorům. Také známé jako tyristory, mají čtyři střídavé vrstvy polovodičového materiálu, které umožňují průtok proudu pouze v jednom směru, když je na hradlový terminál přiveden spouštěcí signál. Tím se SCR přepne do vodivého režimu.

Na deskách plošných spojů se SCR běžně používají jako elektricky ovládané spínače v aplikacích, jako jsou stmívače světel, kde regulují tok proudu. Díky své vodivosti, která umožňuje jednorázové spuštění, jsou SCR vhodné pro spínání vyšších proudů pouze s nízkopříkonovými řídicími signály.

pojistky

Pojistky jsou bezpečnostní zařízení na deskách plošných spojů, která chrání ostatní součásti a kabeláž desek plošných spojů před poškozením nadproudem. Obsahují tenký drát nebo kovový pásek, který se roztaví, když jím projde příliš velký proud. Tím se přeruší obvod, aby se zabránilo spálení součástek.

Pojistky se dodávají v různých jmenovitých proudech a fyzických formách, jako jsou skleněné válce nebo povrchově montované pojistky pro elektroniku. Jejich použití je zásadní, protože omezuje poškození způsobené zkraty nebo přepětím pouze na pojistku a zabraňuje tak kaskádovitým poruchám na celé desce.

Potenciometry

Potenciometry jsou proměnné rezistory, jejichž odpor lze měnit externím mechanickým zařízením, jako je otočný volič nebo posuvník. Na deskách plošných spojů se běžně používají jednootáčkové potenciometry nastavované knoflíkem nebo lineární potenciometry s posuvníky. Jejich všestrannost umožňuje úpravu parametrů obvodu, jako je například ovládání hlasitosti, v reálném čase.

Během výroby umožňují víceotáčkové potenciometry kalibraci obvodů. Potenciometry se hojně používají, protože jakýkoli obvod vyžadující plynule nastavitelnou vstupní hodnotu může využít proměnný odpor potenciometru.

relé

Relé jsou elektricky ovládané spínače doplněné cívkami drátu, které vytvářejí magnetická pole. Na deskách plošných spojů jsou relé součástky, které umožňují nízkopříkonovým vstupním signálům bezpečně řídit obvody zpracovávající vyšší proudy nebo napětí. Po sepnutí magnetické pole sepne sadu kontaktů a uzavře tak samostatný obvod.

Relé tak integrují mechanické součástky do elektronických řešení. Mezi běžné použití patří ovládání velkých zátěží nad rámec jmenovitých hodnot součástek a izolace vysokonapěťových a nízkonapěťových částí. Protože jsou kontakty cívky a spínače elektricky izolovány, relé poskytují robustnější spínání než polovodičové součástky.

  

 

Jak klasifikovat součástky plošných spojů

Vzhledem k velkému množství součástek přítomných na jakékoli desce plošných spojů je důležité pochopit, jak jsou klasifikovány, abychom mohli identifikovat komponenty a pochopit jejich účel. Obecně se součástky desek plošných spojů dělí na mechanické a elektrické. Každá klasifikace funguje jinak a je specifická pro plnění kritických funkcí při návrhu a výrobě desek plošných spojů. Pojďme se na každou z nich podívat blíže.

Mechanické součásti

Mechanické součástky hrají v deskách plošných spojů nedílnou roli a poskytují fyzickou strukturu potřebnou pro spolehlivé propojení elektronických součástek. Tyto mechanické prvky jsou stejně důležité jako samotné elektrické součástky. Bez robustní mechanické konstrukce by nebylo možné sestavit všechny potřebné díly v kompaktním, ale odolném pouzdře. Mezi příklady mechanických součástek na deskách plošných spojů patří:

● Konektory
● Distanční odstupy
● Šrouby a matice
● Stínění
● Stopy

Desky plošných spojů vyžadují různé mechanické součástky, které drží elektrické součástky v přesných pozicích, propojují desku s jinými zařízeními, chrání citlivé součástky před poškozením a zajišťují izolaci. Tyto mechanismy poskytují deskám plošných spojů pevnou fyzickou konstrukci, která je potřebná k udržení přesného zarovnání a spojení.

Bezpečně spojují vše dohromady a zároveň oddělují prvky podle potřeby, aby se předešlo elektrickým problémům. Mechanická konstrukce zajišťuje, že systém vydrží přepravu a manipulaci a bude správně fungovat v prostředí koncového uživatele. To umožňuje výpočetní funkci desky. Komplexní mechanická integrace je proto klíčem k výrobě vysoce kvalitních desek plošných spojů.

Elektrické komponenty

Elektrické součástky desek plošných spojů jsou součástky, které zajišťují tok elektřiny deskou. Umožňují průchod proudu mezi různými oblastmi obvodu. Součásti elektrických desek plošných spojů se liší od mechanických součástek v tom, že mechanické součástky se používají spíše pro fyzickou strukturu a spojení než pro elektrické funkce.

Mechanické součástky poskytují oporu a spojovací body pro připojení elektrických součástí, ale neregulují ani neřídí elektřinu protékající obvodem. Elektrické součástky jsou to, co zajišťuje funkčnost obvodu tím, že řídí nebo usměrňuje tok proudu.

Existují dva hlavní typy – pasivní a aktivní komponenty. Pojďme se na oba podívat blíže.

Pasivní elektrické součástky na deskách plošných spojů

Pasivní elektrické součástky jsou nezbytnou součástí každého elektronického obvodu. Jsou definovány jako součástky, které k fungování nevyžadují zdroj energie, na rozdíl od aktivních součástek, které zdroj energie vyžadují. Pasivní součástky mění tok elektrického proudu obvodem bez spotřeby energie.

Pasivní součástky fungují jednoduše tak, že do elektrického obvodu vkládají odpor, kapacitu nebo indukčnost. Odpor snižuje nebo omezuje tok proudu, zatímco kapacita ukládá elektrický náboj mezi vodiči oddělenými izolantem. Indukčnost je schopnost vodiče bránit změně toku elektrického proudu. Tyto vnitřní vlastnosti umožňují pasivním součástkám řídit úrovně napětí, proudu a výkonu v obvodu.

Vzhledem k jejich jednoduché funkci bez externího zdroje napájení se pasivní součástky klasifikují odlišně od aktivních součástek. Mezi běžné typy pasivních součástek patří:

● Rezistory
● Kondenzátory
● Induktory
● Transformátory
● Diody
● Konektory

Poskytují jednoduché, ale klíčové role při tvarování elektrických signálů a směrování výkonu v analogových i digitálních obvodech.

Aktivní komponenty PCB 

Aktivní součástky jsou klíčovou součástí každé elektronické desky plošných spojů (PCB), protože jsou schopny generovat, řídit, modifikovat a zesilovat elektrické signály. Na rozdíl od pasivních součástek, které mohou energii pouze tlumit, ukládat nebo uvolňovat, aktivní součástky desek plošných spojů vyžadují k fungování externí napájení a jsou schopny signály řídit nebo zesilovat.

Aktivní součástky slouží jako „mozek“ desky plošných spojů, protože dokáží zpracovávat vstupy a pomocí interních mechanismů generovat výstupy. Obsahují polovodiče, jako jsou tranzistory, a integrované obvody, které dokáží jak řídit elektrický proud, tak být řízeny změnou vstupního napětí. Aktivní tok elektrických nábojů v jejich polovodičovém materiálu umožňuje funkce, jako je spínání, oscilace, zesilování signálu a zpracování dat.

Mezi příklady běžných aktivních součástek nacházejících se na deskách plošných spojů patří:

● Tranzistory
● Integrované obvody/čipy
● Mikroprocesory
● Optočleny
● Diody
● Operační zesilovače
● Tyristory

Aktivní součástky hrají v elektronice klíčovou roli, protože řídí úrovně signálů, časování, zapínání/vypínání napájení, zpracovávají data a vykonávají další důležité logické funkce nezbytné pro provoz desek plošných spojů.

  

    

Jak identifikovat součástky na desce plošných spojů

Jak jsme již viděli, desky plošných spojů obsahují řadu elektrických součástek, které v elektronických zařízeních a systémech plní různé funkce. Identifikace jednotlivých součástí však může být někdy pro ty, kteří nejsou s návrhem desek plošných spojů obeznámeni, náročná.

Zde je několik užitečných tipů, jak určit, co která část je a k čemu slouží.

Určete účel představenstva

Prvním krokem je prozkoumat celou desku a určit její celkovou funkci. Hledejte čísla dílů, názvy modelů nebo popisný text vytištěný na samotné desce, který může poskytnout kontext. Jedná se o hlavní základní desku, přídavný modul nebo vyhrazený řadič?

Desky určené pro počítače, průmyslové stroje a lékařské vybavení mají často standardizované rozvržení a komponenty pro své funkce. Pochopení účelu desky vám pomůže zúžit představu o tom, co od ní očekávat.

Podrobná kontrola pasivních součástek

Pasivní součástky, jako jsou rezistory, kondenzátory a cívky, jsou dobrým výchozím bodem pro identifikaci díky jejich konzistentnímu provedení. Rezistory mohou mít barevně kódované proužky označující hodnotu odporu. Podívejte se pozorně, protože některé mají místo toho pouze číselný tisk.

Kondenzátory jsou označeny písmenem C, za nímž následuje jmenovitá kapacita ve faradech nebo kódovaný systém čísel a písmen. Induktory připomínají malé cívky označené písmenem L. Věnujte čas prozkoumání fyzikálních vlastností, označení a relativního umístění pasivních součástek, abyste našli vodítka.

Pečlivě vyhodnoťte integrované obvody

Integrované obvody (IO) jsou složité aktivní součástky, které kondenzují více tranzistorů a dalších součástek na jeden křemíkový čip. Často mají na povrchu vytištěna čísla dílů nebo označení výrobce, což lze zjistit.

V závislosti na stáří může mít integrovaný obvod pouze funkční označení, například 7400, místo podrobného čísla. Různé tvary a konfigurace pinů integrovaných obvodů také poskytují vodítka. Věnujte integrovaným obvodům zvláštní pozornost, protože správná identifikace odhalí jejich klíčové role.

Identifikace dalších součástek diskrétní desky plošných spojů

Transformátory, relé, konektory a diody jsou obvykle označeny standardizovanými iniciálami, jako je T, K, J nebo D. Transformátory připomínají malé vícenásobně vinuté cívky. Naproti tomu relé vypadají podobně jako elektricky ovládaný spínač.

Diody mohou mít na válcových pouzdrech pruhované vzory označující polaritu. Baterie jsou obvykle označeny BT. Diskrétní součástky neobsahují tolik vnitřních detailů jako integrované obvody, ale pochopení běžných symbolů pomáhá s rozpoznáváním.

Konzultujte s vloženými referenčními označeními

Některé desky plošných spojů obsahují alfanumerické referenční označení přímo na vodičích poblíž každé součástky pro referenci. Ačkoli se formáty liší, tyto zkratky ve spojení s umístěním ukazují na identitu a účel součástky desky plošných spojů v rámci obvodu. Při dešifrování funkcí nejasných součástek využijte jasně označené referenční značky. 

Zkratky uvedené v tabulce níže představují některá z nejčastěji používaných označení a jejich standardních zkratek pro různé elektronické součástky desek plošných spojů.

Označovatel	Komponenty
ATT	útlumový článek
BR	Přemosťovací usměrňovač
BT	Baterie
C	Kondenzátor
CB	Jistič
CN	Kondenzátorová síť
DC	Směrová spojka
D	Diode
F	Pojistka
G	Oscilátor
IC	Integrovaný obvod
J	Svetr nebo Jack
K	Relé nebo stykač
L	Induktor
LED	Světelná dioda
LS	Reproduktor
MOV	Varistor oxidů kovů
P	Zástrčka
POT	Potenciometr
PS	napájení
Q	Tranzistor
R	odpor
J nebo JZ	Vypínač
TB	Svorkovnice
TC	Termočlánek
TP	Testovací bod
TR	Převodník
T	transformátor
U	Integrovaný obvod
VR	Variabilní rezistor
X	Převodník
XTAL	Krystal
Z	Zenerova dioda
ZD	Zenerova dioda

Důkladně prozkoumejte neznámé komponenty

Pokud součástka na desce plošných spojů zůstává neidentifikovaná i po důkladném prozkoumání fyzikálních vlastností, označení a referenčních označení, obraťte se před učiněním jakýchkoli předpokladů na jiné zdroje, jako jsou manuály, schémata nebo online databáze součástek s prohledávatelnými čísly dílů. 

Metodická kontrola s odkazy na dokumentaci maximalizuje rozpoznání i zastaralých prvků desek plošných spojů. Ve složitých případech mohou být vyžadována i profesionální schémata.

Jak jsou součástky plošných spojů zapojeny v desce plošných spojů?

Součástky jsou na desce plošných spojů propojeny sítí drah nazývaných trasy. Trasy jsou tenké měděné proužky laminované mezi vrstvami nevodivého substrátu, jako je sklolaminát. 

Součástky jako integrované obvody, rezistory a kondenzátory mají na svém těle miniaturní kovové plošky, kam lze připájet vodiče, nebo lze součástky vkládat přímo do otvorů v desce plošných spojů nazývaných průchodky.

Vodiče přenášejí signály a proud po celé desce plošných spojů a propojují piny nebo kontakty jedné součástky s druhou, čímž přenášejí data a energii v obvodu. Součástky lze montovat přímo na vodivé spoje na desce plošných spojů nebo je lze svisle vložit do průchozích otvorů s pokovením, které elektricky spojují horní a spodní vrstvu desky. Na desku jsou naneseny stínicí samolepky známé jako pájecí masky, které chrání vodivé spoje a zajišťují izolaci mezi spoji.

Otvory v desce, nazývané pokovené otvory, umožňují propojení vodivých drah na vnitřních vrstvách desky plošných spojů s horní a spodní vnější vrstvou, což výrazně zvyšuje počet možných tras a propojení obvodů. Spoje a pokovené otvory dohromady tvoří hustou matici zapojení, která šíří signály a řídí tok proudu mezi křemíkovými čipy a dalšími součástkami v elektronickém zařízení.

Závěr

Ve své podstatě jsou desky plošných spojů zdánlivě jednoduché – jedná se pouze o propojení mezi elektronickými součástkami. Jak jsme však prozkoumali, na desce plošných spojů se může nacházet nespočet součástek, z nichž každá plní jedinečnou a zásadní roli.

Zvládnutí základů součástek desek plošných spojů, jako jsou rezistory, kondenzátory, tranzistory a integrované obvody, je nezbytným prvním krokem pro každého, kdo se zajímá o elektroniku nebo návrh obvodů. Díky dalšímu učení a praktickému procvičování pochopíte, jak součástky desek plošných spojů vzájemně interagují a jaké možnosti umožňují, když jsou na desce plošných spojů zkombinovány v různých konfiguracích.