Kādas ir shēmas plates funkcijas?

Iespiedshēmas plate vai PCB ir atrodama gandrīz visu veidu elektroniskajās ierīcēs. Šie plastmasas dēļi un to iegultās sastāvdaļas nodrošina pamattehnoloģiju visam, sākot no datoriem un mobilajiem tālruņiem līdz viedpulksteņiem. Ķēdes savienojumi uz PCB ļauj efektīvi novirzīt elektrisko strāvu starp miniaturizētajiem paneļa komponentiem, aizstājot lielākas ierīces un apjomīgos vadus.

Atkarībā no lietojumprogrammas, kurai tā ir paredzēta, datora plate var veikt dažādus uzdevumus, kas saistīti ar skaitļošanu, sakariem un datu pārsūtīšanu. Papildus uzdevumiem, ko tā veic, iespējams, vissvarīgākā shēmas plates funkcija ir veids, kā integrēt ierīces elektroniku kompaktā telpā. PCB ļauj pareizi savienot komponentus ar strāvas avotu, vienlaikus nodrošinot drošu izolāciju. Turklāt shēmas plates ir lētākas nekā citas iespējas, jo tās var izstrādāt ar digitāliem projektēšanas rīkiem un ražot lielā apjomā, izmantojot rūpnīcas automatizāciju.

Mūsdienīga shēmas plate parasti ir izgatavota no dažādu materiālu slāņiem. Dažādi slāņi tiek sapludināti kopā laminēšanas procesā. Daudzu dēļu pamatmateriāls ir stikla šķiedra, kas nodrošina stingru serdi. Nākamais ir vara folijas slānis vienā vai abās dēļa pusēs. Pēc tam tiek izmantots ķīmiskais process, lai noteiktu vara pēdas, kas kļūst par vadošiem ceļiem. Šīs pēdas aizvieto netīro vadu aptinumu, kas tika atrasts konstruēšanas metodē no punkta līdz punktam, ko izmantoja agrākiem elektronikas mezgliem.

A lodēšanas maskas slānis tiek pievienots shēmas platei, lai aizsargātu un izolētu vara slāni. Šis plastmasas slānis pārklāj abas dēļa puses un bieži ir zaļš. Tam seko a sietspiedes slānis ar burtiem, cipariem un citiem identifikatoriem, kas palīdz paneļa montāžā. Shēmas plates sastāvdaļas var piestiprināt pie plates dažādos veidos, ieskaitot lodēšanu. Dažas piestiprināšanas metodes izmanto mazus caurumus, kas pazīstami kā vias kas ir izurbti caur shēmas plati. To mērķis ir ļaut elektrībai plūst no vienas dēļa puses uz otru.

A ķēde ir vadoša materiāla cilpa, pa kuru var pārvietoties elektrība. Kad cilpa ir aizvērta, elektrība var netraucēti plūst no strāvas avota, piemēram, akumulatora, caur vadošo materiālu un pēc tam atpakaļ uz strāvas avotu. Ķēdes konstrukcija ir balstīta uz faktu, ka elektrība cenšas plūst no lielāka jaudas sprieguma, kas ir elektriskā potenciāla mērs, uz zemāku spriegumu.

Katra ķēde sastāv no vismaz četriem pamatelementiem. Pirmais elements ir an enerģijas avots maiņstrāvai vai līdzstrāvai. Otrais elements ir vadošs materiāls, piemēram, stieple, pa kuru enerģija var pārvietoties. Šis vadošais ceļš ir pazīstams kā trase vai izsekot. Trešais elements ir slodze, kas sastāv no vismaz vienas sastāvdaļas, kas iztukšo daļu jaudas, lai veiktu uzdevumu vai darbību. Ceturtais un pēdējais elements ir vismaz viens kontrolieris vai slēdzis lai kontrolētu jaudas plūsmu.

Ievietojot slodzi ķēdes slēgtajā ceļā, slodze var izmantot elektriskās strāvas plūsmu, lai veiktu darbību, kurai nepieciešama jauda. Piemēram, gaismas diodes (LED) komponentu var likt iedegties, kad strāva plūst caur ķēdi, kurā tā ir ievietota. Slodzei ir jāpatērē enerģija, jo jaudas pārslodze var sabojāt pievienotos komponentus.

Svarīgākie shēmas plates komponenti ir:

• Akumulators: nodrošina strāvas padevi ķēdei, parasti ar divu terminālu ierīci, kas nodrošina sprieguma starpību starp diviem ķēdes punktiem
• Kondensators: akumulatoram līdzīga sastāvdaļa, kas var ātri noturēt vai atbrīvot elektrisko lādiņu
• Diode: kontrolē elektrību shēmas platē, piespiežot to plūst vienā virzienā
• Induktors: Uzglabā enerģiju no elektriskās strāvas kā magnētisko enerģiju
• IC (integrētsķēde): mikroshēma, kas var saturēt daudzas shēmas un komponentus miniatūrā formā un kas parasti veic noteiktu funkciju
• LED (GaismaIzstaroDiode): maza gaisma, ko izmanto shēmas platē, lai nodrošinātu vizuālu atgriezenisko saiti
• Rezistors: Regulē elektriskās strāvas plūsmu, nodrošinot pretestību
• Slēdzis: Vai nu bloķē strāvu, vai ļauj tai plūst atkarībā no tā, vai tas ir aizvērts vai atvērts
• Tranzistors: slēdža veids, ko kontrolē elektriskie signāli

Katrs shēmas plates komponents veic noteiktu uzdevumu vai uzdevumu kopu, ko nosaka kopējā PCB funkcija. Dažas sastāvdaļas, piemēram, tranzistori un kondensatori, darbojas tieši ar elektrisko strāvu. Tie kalpo kā celtniecības bloki sarežģītākos komponentos, kas pazīstami kā integrētās shēmas.

Termins PCBA (drukātās shēmas plates montāžas saīsinājums) tiek izmantots, lai aprakstītu shēmas plati, kas ir pilnībā aizpildīta ar komponentiem, kas pievienoti platei un savienoti ar vara trasēm. To sauc arī par spraudņa komplektu. Plāksni, kurā ir vara pēdas, bet nav instalētas sastāvdaļas, bieži dēvē par a pliks dēlis vai a iespiedshēmas plate.

Mūsdienu shēmas plates dizains ļauj tos masveidā ražot par zemākām izmaksām nekā vecākas ar stiepli aptītas plates. Pēc tam, kad plātnes projektēšanas fāze ir izkārtota ar specializētas datorprogrammas palīdzību, ražošana un montāža lielākoties ir automatizēta. PCBA tiek uzskatīts par pabeigtu un gatavu lietošanai pēc tam, kad ir pabeigta kvalitātes nodrošināšanas pārbaude.

An atvērta ķēde ir tāds, kas nav aizvērts pārrauta vada vai vaļīga savienojuma dēļ. Atvērta ķēde nedarbosies, jo tā nevar vadīt elektrību. Lai gan spriegums var būt pieejams atvērtā ķēdē, tas nevar plūst. Dažos gadījumos ir vēlama atvērta ķēde. Piemēram, slēdzis, ko izmanto apgaismojuma ieslēgšanai un izslēgšanai, atver un aizver ķēdi, kas savieno gaismu ar tās strāvas avotu.

Cits bojātas ķēdes veids ir īssavienojums, kas var rasties, ja ķēdē pārvietojas pārāk daudz jaudas un sabojā vadošo materiālu vai barošanas avotu. Īssavienojumu var izraisīt divi punkti ķēdē, kas savienojas, kad tiem nav paredzēts, piemēram, divi barošanas avota spailes ir savienotas bez slodzes komponenta starp tiem, lai iztukšotu daļu no strāva. Strāvas padeves īssavienojums šādā veidā var būt bīstams un pat izraisīt ugunsgrēku vai sprādzienu.

Vakuuma lampas un elektriskie releji veica agrīno datoru pamatfunkcijas. Integrēto shēmu ieviešana izraisīja gan elektronisko komponentu izmēra, gan izmaksu samazināšanos. Drīz vien tika izstrādātas shēmas plates, kas saturēja visas ierīces, kas iepriekš aizņēma visu telpu, vadu. Šie agrīnie dēļi tika izgatavoti no dažādiem materiāliem, tostarp no masonīta, bakelīta un kartona, un savienotāji sastāvēja no misiņa stieplēm, kas bija aptītas ap stabiem.

Sākot ar 1940. gadiem, shēmas plates kļuva efektīvākas un lētākas ražošanā, kad vara stieple aizstāja misiņu. Agrīnās plates ar vara vadiem tika izmantotas militārajos radioaparātos, un 1950. gados tos izmantoja arī plaša patēriņa ierīcēm. Drīz vien vienpusējās plates, kuru elektroinstalācija bija tikai vienā pusē, kļuva par divpusējām un daudzslāņu PCB, kuras pašlaik tiek plaši izmantotas.

No 1970. līdz 1990. gadiem PCB dizains kļuva sarežģītāks. Tajā pašā laikā gan dēļu fiziskais izmērs, gan izmaksas turpināja sarukt. Tā kā dēļi kļuva blīvāki ar pievienotajiem komponentiem, tika izstrādātas datorizētas projektēšanas lietojumprogrammas (CAD), lai palīdzētu to izveidē. Mūsdienās digitālo PCB projektēšanai ir pieejami dažādi rīki, sākot no bezmaksas un zemu izmaksu iespējām līdz pilnībā funkcionējošām, augstas cenas pakotnēm, kas palīdz projektēšanā, ražošanā un testēšanā.

Mūsdienu elektronika nevarētu pastāvēt bez integrētās shēmas, kas tika ieviesta 1950. gadu beigās. IC ir miniatūra ķēžu un komponentu kolekcija, piemēram, tranzistori, rezistori un diodes, kas samontēti datora mikroshēmā, lai veiktu noteiktu funkciju. Viena IC mikroshēma var saturēt tūkstošiem vai pat miljoniem komponentu. Visizplatītākie integrēto shēmu veidi ir loģiskie vārti, taimeri, skaitītāji un maiņu reģistri.

Papildus zema līmeņa IC ir arī sarežģītāki mikroprocesoru un mikrokontrolleru IC, kas spēj vadīt datoru vai citu ierīci. Citas sarežģītas integrētās shēmas ietver digitālos sensorus, piemēram, akselerometrus un žiroskopus, kas atrodami mobilajos tālruņos un citās elektroniskās ierīcēs. Tāpat kā citas PCB daļas, integrēto shēmu izmērs pēdējo desmitgažu laikā ir nepārtraukti samazinājies.

Komponentu montāža uz agrāk izmantotajām vienpusējām PCB caururbuma tehnoloģija, kur vienai plāksnes pusei tika piestiprināta sastāvdaļa un caur caurumu piestiprināta pie vadošām stieples pēdām otrā pusē, izmantojot lodēšanu. Laikā, kad tā tika ieviesta, caurumu tehnoloģija bija sasniegums salīdzinājumā ar konstrukciju no punkta līdz punktam, bet caurumiem urbšana PCB montāžai izraisīja vairākas dizaina problēmas, īpaši pēc daudzslāņu ieviešanas dēļi. Tā kā caurumiem bija jāiziet cauri visiem slāņiem, liela daļa no tāfeles pieejamā nekustamā īpašuma tika likvidēta.

Virsmas montāžas tehnoloģija (SMT) atrisināja daudzas problēmas, ko izraisīja caurumi. To plaši izmantoja deviņdesmitajos gados, lai gan tas tika ieviests vairākas desmitgades agrāk. Sastāvdaļas tika mainītas, lai pievienotu mazus paliktņus, kurus varētu pielodēt tieši pie shēmas plates, nevis caur vadu. SMT ļāva PCB ražotājiem blīvi iepakot lielu skaitu komponentu abās PCB pusēs. Šāda veida stiprinājumus ir arī vieglāk izgatavot ar automatizāciju.

SMT montāža neatcēla vajadzību pēc caurumiem shēmas platēs. Dažos PCB projektos joprojām tiek izmantotas caurlaides, lai nodrošinātu starpsavienojumus starp komponentiem dažādos slāņos. Tomēr šie caurumi nav tik traucējoši kā caurumi, kas iepriekš tika izmantoti detaļu montāžai.

Sarežģītākajās elektroniskajās ierīcēs var būt daudzslāņu PCB. Šīs plātnes sastāv no vismaz trim vadoša materiāla slāņiem, piemēram, vara, kas mijas ar izolācijas slāņiem. Kopējās daudzslāņu plātņu konfigurācijas ietver četrus, sešus, astoņus vai 10 slāņus. Visiem slāņiem jābūt laminētiem kopā, lai nodrošinātu, ka starp slāņiem nav iesprostots gaiss. Šo procesu parasti veic augstā temperatūrā un spiedienā.

Daudzslāņu PCB priekšrocības ietver lielāku komponentu un ķēžu blīvumu mazākā telpā. Tos izmanto datoriem, failu serveriem, GPS tehnoloģijām, veselības aprūpes ierīcēm, kā arī satelītu un kosmosa sistēmām. Tomēr daudzslāņu plāksnēm ir arī daži trūkumi. Tie ir sarežģītāki un grūtāk projektējami un ražojami nekā vienpusēji un abpusēji dēļi, kas padara tos dārgākus. Tos var būt arī grūti salabot, ja kaut kas noiet greizi dēļa iekšējos slāņos.