Care sunt funcțiile unei plăci de circuite?

O placă de circuit imprimat sau PCB se găsește în aproape orice tip de dispozitiv electronic. Aceste plăci de plastic și componentele lor încorporate oferă tehnologia de bază pentru orice, de la computere și telefoane mobile până la ceasuri inteligente. Conexiunile circuitelor de pe un PCB permit ca curentul electric să fie dirijat eficient între componentele miniaturizate de pe placă, înlocuind dispozitivele mai mari și cablajul voluminos.

În funcție de aplicația pentru care este proiectată, o placă de computer poate îndeplini o varietate de sarcini legate de calcul, comunicații și transfer de date. Pe lângă sarcinile pe care le îndeplinește, poate cea mai importantă funcție a unei plăci de circuit este oferirea unei modalități de a integra electronicele unui dispozitiv într-un spațiu compact. Un PCB permite ca componentele să fie conectate corect la o sursă de alimentare în timp ce sunt izolate în siguranță. De asemenea, plăcile de circuite sunt mai puțin costisitoare decât alte opțiuni, deoarece pot fi proiectate cu instrumente de proiectare digitale și fabricate în volum mare folosind automatizarea din fabrică.

O placă de circuit modernă este de obicei realizată din straturi de materiale diferite. Diferitele straturi sunt topite împreună printr-un proces de laminare. Materialul de bază din multe plăci este fibra de sticlă, care oferă un miez rigid. Urmează un strat de folie de cupru pe una sau ambele părți ale plăcii. Un proces chimic este apoi utilizat pentru a defini urmele de cupru care devin căi conductoare. Aceste urme iau locul învelișului dezordonat de sârmă găsit în metoda de construcție punct la punct utilizată pentru ansamblurile electronice anterioare.

A strat de masca de lipit este adăugat la placa de circuit pentru a proteja și izola stratul de cupru. Acest strat de plastic acoperă ambele părți ale plăcii și este adesea verde. Este urmată de a strat de serigrafie cu litere, cifre și alte elemente de identificare care ajută la asamblarea plăcii. Componentele unei plăci de circuite pot fi atașate la placă într-o varietate de moduri, inclusiv prin lipire. Unele metode de atașare folosesc găuri mici cunoscute ca vias care sunt găurite prin placa de circuit. Scopul lor este de a permite curentului să circule de la o parte la cealaltă a plăcii.

A circuit este o buclă de material conductiv pe care electricitatea poate călători de-a lungul. Când bucla este închisă, electricitatea poate curge neîntreruptă de la o sursă de alimentare, cum ar fi o baterie, prin materialul conductor și apoi înapoi la sursa de alimentare. Proiectarea circuitului se bazează pe faptul că electricitatea caută să circule de la o tensiune de putere mai mare, care este o măsură a potențialului electric, la o tensiune mai mică.

Fiecare circuit este alcătuit din cel puțin patru elemente de bază. Primul element este an sursa de energie fie pentru alimentare AC sau DC. Al doilea element este un material conducător, cum ar fi un fir, pe care energia se poate deplasa. Această cale conductivă este cunoscută sub numele de urmări sau urmă. Al treilea element este sarcină, care constă din cel puțin o componentă care consumă o parte din puterea de a efectua o sarcină sau o operație. Al patrulea și ultimul element este cel puțin unul controlor sau intrerupator pentru a controla fluxul de putere.

Când introduceți o sarcină în traseul închis al unui circuit, sarcina poate folosi fluxul de curent electric pentru a efectua o acțiune care necesită putere. De exemplu, o componentă de diodă emițătoare de lumină (LED) poate fi făcută să se aprindă atunci când puterea trece prin circuitul în care este introdusă. Sarcina trebuie să consume energie, deoarece o suprasarcină de putere ar putea deteriora componentele atașate.

Cele mai importante componente ale unei plăci de circuite includ:

• Baterie: Oferă energie pentru un circuit, de obicei printr-un dispozitiv cu două terminale care asigură o diferență de tensiune între două puncte din circuit
• Condensator: O componentă asemănătoare bateriei care poate menține sau elibera rapid o încărcare electrică
• Diodă: Controlează electricitatea pe o placă de circuit forțând-o să curgă într-o direcție
• Inductor: Stochează energia dintr-un curent electric sub formă de energie magnetică
• IC (integratCircuit): Un cip care poate conține multe circuite și componente în formă miniaturizată și care îndeplinește de obicei o funcție specifică
• LED (UșoarăEmițătoareDiodă): O lumină mică folosită pe o placă de circuit pentru a oferi feedback vizual
• Rezistor: Reglează fluxul de curent electric prin furnizarea de rezistență
• Intrerupator: Fie blochează curentul, fie îi permite să curgă, în funcție de faptul că este închis sau deschis
• tranzistor: Un tip de comutator controlat de semnale electrice

Fiecare dintre componentele unei plăci de circuite realizează o sarcină specifică sau un set de sarcini care sunt determinate de funcția generală PCB. Unele componente, cum ar fi tranzistoarele și condensatorii, funcționează direct pe curenți electrici. Ele servesc ca blocuri de construcție în cadrul unor componente mai complexe cunoscute sub numele de circuite integrate.

Termenul PCBA (un acronim pentru Printed Circuit Board Assembly) este folosit pentru a descrie o placă de circuit care este complet populată cu componente atașate la placă și conectate la urmele de cupru. Este denumit și ansamblu plug-in. O placă care are urme de cupru, dar nu are componente instalate este adesea denumită a scândură goală sau a placă de circuit imprimat.

Designul plăcilor de circuite moderne permite ca acestea să fie produse în masă la un cost mai mic decât plăcile mai vechi învelite în sârmă. După ce faza de proiectare a unei plăci a fost așezată cu ajutorul unui software de calculator specializat, producția și asamblarea sunt – în cea mai mare parte – automatizate. Un PCBA este considerat a fi terminat și gata de utilizare după ce testarea de asigurare a calității este finalizată.

Un circuit deschis este unul care nu este închis din cauza unui fir rupt sau a unei conexiuni slăbite. Un circuit deschis nu va funcționa pentru că nu poate conduce electricitatea. Deși tensiunea poate fi disponibilă într-un circuit deschis, nu există nicio modalitate de a curge. În unele cazuri, se dorește un circuit deschis. De exemplu, întrerupătorul care este folosit pentru a aprinde și stinge o lumină deschide și închide circuitul care conectează lumina la sursa de alimentare.

Un alt tip de circuit defect este scurt circuit, care poate apărea atunci când prea multă putere trece printr-un circuit și deteriorează materialul conductor sau sursa de alimentare. Un scurtcircuit poate fi cauzat de două puncte dintr-un circuit care se conectează atunci când nu ar trebui, cum ar fi două terminale ale unei surse de alimentare fiind conectate fără componentă de sarcină între atunci pentru a drena o parte din actual. Scurtificarea unei surse de alimentare în acest fel poate fi periculoasă și poate duce chiar la incendiu sau o explozie.

Tuburile de vid și releele electrice îndeplineau funcțiile de bază ale computerelor timpurii. Introducerea circuitelor integrate a dus la reducerea atât a dimensiunii, cât și a costului componentelor electronice. Curând au fost dezvoltate plăci de circuite care conțineau toate cablurile unui dispozitiv care ocupa anterior o încăpere întreagă. Aceste plăci timpurii au fost realizate dintr-o varietate de materiale, inclusiv masonit, bachelit și carton, iar conectorii constau din fire de alamă înfășurate în jurul stâlpilor.

Începând cu anii 1940, plăcile de circuite au devenit mai eficiente și mai ieftine de produs atunci când firul de cupru a înlocuit alama. Primele plăci cu cabluri de cupru au fost folosite pe radiourile militare, iar în anii 1950, acestea au fost folosite și pentru dispozitive de consum. În curând, plăcile cu o singură față care conțineau cablaje pe o singură parte au evoluat la PCB-uri cu două fețe și multistrat, care sunt în prezent utilizate pe scară largă.

Din anii 1970 până în anii 1990, designul PCB a devenit mai complex. În același timp, atât dimensiunea fizică, cât și costul plăcilor au continuat să se micșoreze. Pe măsură ce plăcile au devenit mai dense cu componente atașate, au fost dezvoltate aplicații de proiectare asistată de computer (CAD) pentru a ajuta la crearea lor. Astăzi există o varietate de instrumente disponibile pentru proiectarea PCB-urilor digitale, de la opțiuni gratuite și cu costuri reduse până la pachete complet funcționale, cu prețuri ridicate, care ajută la proiectare, fabricare și testare.

Electronica modernă nu ar putea exista fără circuitul integrat, care a fost introdus la sfârșitul anilor 1950. Un IC este o colecție miniaturizată de circuite și componente, cum ar fi tranzistori, rezistențe și diode asamblate pe un cip de computer pentru a îndeplini o funcție specifică. Un singur cip IC poate conține mii sau chiar milioane de componente. Cele mai comune tipuri de circuite integrate includ porți logice, temporizatoare, contoare și registre de deplasare.

Pe lângă circuitele integrate de nivel scăzut, există și circuite integrate mai complexe pentru microprocesoare și microcontrolere, care au capacitatea de a controla un computer sau un alt dispozitiv. Alte circuite integrate complexe includ senzori digitali, cum ar fi accelerometrele și giroscoapele, care se găsesc în telefoanele mobile și alte dispozitive electronice. Ca și alte părți ale PCB-urilor, dimensiunea circuitelor integrate a scăzut constant în ultimele decenii.

Montarea componentelor la primele PCB-uri cu o singură față utilizate tehnologia prin gaură, unde o componentă a fost atașată pe o parte a plăcii și fixată printr-un orificiu la urmele de sârmă conductoare de pe cealaltă parte, folosind lipire. La momentul în care a fost introdusă, tehnologia prin gaură a fost un avans față de construcția punct la punct, dar găurile forat în PCB pentru montare a dus la mai multe probleme de proiectare, mai ales după introducerea multistratului scânduri. Deoarece găurile trebuiau să treacă prin toate straturile, un procent mare din imobilul disponibil pe placă a fost eliminat.

Tehnologie de montare la suprafață (SMT) a rezolvat multe dintre problemele cauzate de găurile traversante. A devenit utilizat pe scară largă în anii 1990, deși fusese introdus cu câteva decenii mai devreme. Componentele au fost modificate pentru a avea atașate plăcuțe mici care ar putea fi lipite direct pe o placă de circuite în loc să fie printr-un cablu. SMT a permis producătorilor de PCB să ambaleze dens un număr mare de componente pe ambele părți ale unui PCB. Acest tip de montaj este, de asemenea, mai ușor de fabricat prin automatizare.

Montarea SMT nu a eliminat necesitatea găurilor în plăcile de circuite. Unele modele de PCB încă folosesc vias pentru a permite interconexiuni între componente pe diferite straturi. Cu toate acestea, aceste găuri nu sunt la fel de intruzive ca găurile traversante utilizate anterior pentru montarea componentelor.

Cele mai complexe dispozitive electronice pot include PCB-uri multistrat. Aceste plăci constau din cel puțin trei straturi dintr-un material conductiv, cum ar fi cuprul, alternând cu straturi de izolație. Configurațiile comune pentru plăcile multistrat includ patru, șase, opt sau 10 straturi. Toate straturile trebuie laminate împreună pentru a se asigura că nu este prins aer între straturi. Acest proces se face de obicei la temperaturi și presiune ridicate.

Beneficiile PCB-urilor multistrat includ o densitate mai mare de componente și circuite într-un spațiu mai mic. Sunt utilizate pentru computere, servere de fișiere, tehnologie GPS, dispozitive de îngrijire a sănătății și sisteme de satelit și aerospațiale. Cu toate acestea, plăcile multistrat au și unele dezavantaje. Sunt mai complicate și mai greu de proiectat și fabricat decât plăcile cu o singură față și cu două fețe, ceea ce le face mai scumpe. De asemenea, pot fi dificil de reparat atunci când ceva nu merge bine în straturile interne ale plăcii.