Bảng mạch chỉ hoạt động khi được lấp đầy với các thành phần phù hợp. Điện trở, tụ điện, điốt, bóng bán dẫn, IC, đầu nối và các bộ phận an toàn đều có vai trò điều khiển, cấp nguồn và bảo vệ mạch. Bài viết này giải thích các thành phần này, chức năng, dấu hiệu và cách sử dụng của chúng, cung cấp thông tin rõ ràng và chi tiết về những điều cơ bản về bảng mạch.
Tổng quan về các thành phần bảng mạch
Bảng mạch không chỉ là dấu vết đồng liên kết với sợi thủy tinh; nó là trái tim của mọi thiết bị điện tử. Không có các thành phần, PCB chỉ là một tấm đường dẫn bằng đồng cách điện không có khả năng thực hiện các nhiệm vụ. Sau khi được trang bị điện trở, tụ điện, chất bán dẫn, đầu nối và thiết bị bảo vệ, nó sẽ biến thành một hệ thống điện tử hoàn chỉnh có khả năng cấp nguồn, xử lý và giao tiếp với các thiết bị khác. Chức năng này đến từ sự cân bằng của các thành phần thụ động, chịu trách nhiệm kiểm soát dòng điện, lọc tín hiệu và phân chia điện áp và các thành phần hoạt động, khuếch đại, điều chỉnh và tính toán.
Màn hình lụa và phân cực trong các thành phần PCB
Nhãn lụa trên bảng mạch
Màn hình lụa là văn bản và ký hiệu màu trắng được in trên PCB. Nó cung cấp tài liệu tham khảo nhanh để xác định các thành phần trong quá trình lắp ráp, thử nghiệm hoặc sửa chữa. Những dấu hiệu này tiết kiệm thời gian bằng cách cung cấp hướng dẫn mà không yêu cầu chúng luôn tham khảo sơ đồ.
Các ký hiệu màn hình lụa phổ biến
Silkscreen sử dụng các chữ cái để biểu thị các thành phần:
• R = Điện trở
• C = Tụ điện
• D = Điốt
• Q = Bóng bán dẫn
• U / IC = Mạch tích hợp
• F = Cầu chì
• J hoặc P = Đầu nối
• K = Rơ le
Chỉ báo phân cực cho các thành phần
Nhiều bộ phận có định hướng và phải được lắp đặt chính xác. Các dấu phân cực bao gồm:
• Điốt - sọc đánh dấu cực âm
• Tụ điện - ký hiệu "-" trên thân máy
• Đèn LED - mặt phẳng đánh dấu cực âm
• IC - Chân 1 được xác định bằng dấu chấm, rãnh hoặc vát mép
Các thành phần bảng mạch thụ động phổ biến
| Thành phần | Ký hiệu | Chức năng | Nhận dạng |
|---|---|---|---|
| Điện trở | R | Giới hạn dòng điện, chia điện áp và đặt mức phân cực | Dải màu trên các loại xuyên lỗ; Mã 3–4 chữ số trên gói SMD |
| Tụ điện | C | Lưu trữ và lọc điện tích; cung cấp các đợt bùng nổ năng lượng ngắn | Được đánh dấu bằng μF hoặc pF; chất điện phân cho thấy một sọc phân cực; gốm sứ thường không phân cực |
| Cuộn cảm | L | Lưu trữ năng lượng trong từ trường; chống lại những thay đổi đột ngột của AC | thân hình cuộn hoặc lõi ferit; các giá trị thường được dán nhãn bằng μH hoặc mH |
Các thành phần bảng mạch rời rạc
Điốt
Điốt là các thành phần bảng mạch cơ bản cho phép dòng điện chỉ chạy theo một hướng. Đặc tính này bảo vệ mạch khỏi hư hỏng điện áp ngược và được yêu cầu trong bộ chỉnh lưu, mạng kẹp và hệ thống chống sét lan truyền. Biểu tượng "D" của chúng trên màn hình lụa giúp nhận dạng nhanh chóng.
Điốt phát sáng (LED)
Đèn LED hoạt động như cả chỉ báo và nguồn sáng trên PCB. Chúng được sử dụng cho tín hiệu trạng thái, đèn nền hiển thị và cách ly quang học. Phân cực phải được quan sát; cực âm được đánh dấu đáng chú ý bằng một cạnh phẳng hoặc sọc. Hiệu quả và mức sử dụng điện năng thấp khiến chúng không thể thiếu trong các thiết bị điện tử hiện đại.
Bóng bán dẫn (BJT và MOSFET)
Bóng bán dẫn điều khiển dòng điện và điện áp bằng cách hoạt động như bộ khuếch đại hoặc công tắc. Bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực (BJT) vượt trội trong việc khuếch đại, trong khi MOSFET chiếm ưu thế trong chuyển đổi nguồn do tổn thất thấp và tốc độ cao. Trên PCB, chúng chủ yếu trong điều chỉnh công suất, logic kỹ thuật số và xử lý tín hiệu.
Chuyến baytage Bộ điều chỉnh
Bộ điều chỉnh điện áp đảm bảo mạch nhận được điện áp ổn định, không đổi, ngay cả khi nguồn cung cấp thay đổi. Các đầu ra phổ biến bao gồm 5V, 3.3V và 12V. Được tìm thấy ở cả hai loại tuyến tính và chuyển mạch, chúng rất quan trọng để cung cấp năng lượng cho IC và tải nhạy cảm. Chúng được dán nhãn là U hoặc IC trên các ký hiệu màn hình lụa.
Các thành phần bảng mạch tích hợp
| Loại vi mạch | Đánh dấu | Gói | Các ứng dụng |
|---|---|---|---|
| Bộ vi điều khiển | STM32, ATmega | QFP, QFN, BGA | Điều khiển nhúng, tự động hóa, robot |
| IC tương tự | LM358, TL072 | SOIC, DIP | Bộ khuếch đại, bộ lọc, điều hòa tín hiệu |
| IC bộ nhớ | 24LCxx, AT25 | SOIC, TSOP | Lưu trữ dữ liệu, chương trình cơ sở, bộ đệm |
| IC nguồn | LM7805, PMIC | TO-220, QFN | Điều chỉnh điện áp, quản lý pin |
| IC RF | Mã Qualcomm | QFN, BGA | Wi-Fi, Bluetooth, giao tiếp không dây |
Các thành phần kết nối bảng mạch
Tiêu đề và ổ cắm Pin
Tiêu đề và ổ cắm chân được sử dụng rộng rãi cho các kết nối mô-đun. Chúng cho phép dễ dàng mở rộng, thử nghiệm hoặc thay thế các mô-đun. Được tìm thấy trong bảng phát triển, lá chắn Arduino và hệ thống nhúng, chúng giúp việc tạo mẫu và nâng cấp trở nên đơn giản.
Đầu nối USB
Đầu nối USB - Type-A, Type-B, Type-C và Micro-USB- là giao diện phổ quát để truyền dữ liệu và cung cấp năng lượng. Trên bảng mạch, chúng hỗ trợ sạc, giao tiếp và kết nối ngoại vi trên các thiết bị điện tử, máy tính xách tay và thiết bị công nghiệp.
Đầu nối đồng trục RF
Các đầu nối RF như SMA, MMCX và U.FL được thiết kế cho các ứng dụng tần số cao. Chúng đảm bảo mất tín hiệu tối thiểu và hiệu suất ổn định trong các thiết bị truyền thông không dây, ăng-ten và mô-đun IoT.
Đầu nối cạnh
Các đầu nối cạnh được tích hợp vào chính cạnh PCB và kết hợp với các khe cắm trong bo mạch chủ hoặc bo mạch mở rộng. Phổ biến trong GPU, thẻ PCIe và mô-đun bộ nhớ, chúng xử lý cả tín hiệu nguồn và tốc độ cao một cách hiệu quả.
Các thành phần bảo vệ nguồn của bảng mạch
Cầu chì
Cầu chì là thiết bị hy sinh được dán nhãn F trên PCB. Chúng ngắt mạch khi dòng điện chạy quá mức, ngăn ngừa quá nhiệt và nguy cơ hỏa hoạn. Được đặt gần đường dây đầu vào nguồn, chúng là cấp độ bảo vệ đầu tiên chống lại lỗi.
Điốt TVS
Điốt triệt tiêu điện áp thoáng qua (TVS), được đánh dấu là D, clamp đột ngộttage tăng đột biến do phóng tĩnh điện (ESD) hoặc tăng vọt. Chúng được đặt gần các cổng USB, Ethernet và HDMI để bảo vệ các đường dữ liệu và IC khỏi bị hư hỏng thoáng qua.
Biến thể oxit kim loại (MOV)
MOV là điện trở phi tuyến hấp thụ các dòng điện tăng năng lượng cao từ nguồn điện xoay chiều. Được lắp đặt tại các điểm vào mạch, chúng bảo vệ các thiết bị khỏi sét đánh hoặc lưới điện không ổn định bằng cách chuyển hướng năng lượng dư thừa một cách an toàn.
Hạt Ferrite
Các hạt ferit, được đánh dấu là FB, hoạt động như bộ lọc để chặn nhiễu điện từ tần số cao (EMI). Được đặt gần bộ điều chỉnh và chân đầu vào / đầu ra, chúng triệt tiêu nhiễu chuyển mạch và cải thiện độ ổn định của mạch.
Các thành phần cơ điện và thời gian bảng mạch
Công tắc
Công tắc là một trong những bộ phận cơ điện cơ bản nhất trên PCB. Có sẵn dưới dạng loại xúc giác, trượt hoặc DIP, chúng cho phép bạn cung cấp đầu vào trực tiếp, định cấu hình trạng thái logic hoặc kích hoạt các chức năng như đặt lại, bật / tắt nguồn hoặc chọn chế độ.
Rơ le
Rơle cho phép mạch điều khiển công suất thấp chuyển đổi tải công suất cao một cách an toàn. Bằng cách sử dụng cuộn dây điện từ để mở hoặc đóng các tiếp điểm, chúng cung cấp khả năng cách ly điện giữa tín hiệu logic và tải nặng. Phổ biến trong tự động hóa, điều khiển động cơ và PCB công nghiệp.
Pha lê
Tinh thể thạch anh cung cấp tín hiệu xung nhịp cực kỳ ổn định trong dải MHz. Đây là những điều cần thiết trong thời gian vi điều khiển, giao tiếp dữ liệu và mạch đồng bộ hóa, đảm bảo hiệu suất đáng tin cậy trên các hệ thống kỹ thuật số.
Bộ dao động
Bộ dao động là các mô-đun đồng hồ khép kín tạo ra tần số cố định mà không cần các thành phần bên ngoài bổ sung. Chúng được sử dụng trong bộ xử lý, mô-đun giao tiếp và mạch thời gian để đảm bảo hoạt động ổn định, chính xác.
Phần cứng PCB cơ bản
Bế tắc
Các giá đỡ tách PCB khỏi khung hoặc bề mặt lắp đặt. Bằng cách ngăn chặn tiếp xúc trực tiếp, chúng làm giảm ứng suất mối hàn, bảo vệ dấu vết khỏi đoản mạch và cho phép luồng không khí bên dưới bo mạch. Miếng đệm nhỏ này giúp ngăn chặn vết nứt hàn do uốn cong hoặc rung của bảng.
Dấu ngoặc
Giá đỡ cố định các đầu nối như cổng USB, HDMI hoặc Ethernet vào khung máy. Nếu không có chúng, việc cắm và rút cáp sẽ gây căng thẳng lặp đi lặp lại cho chính PCB, dẫn đến các vết nứt và miếng đệm bị nâng. Giá đỡ truyền tải trọng cơ học đến khung, kéo dài tuổi thọ đầu nối.
Hướng dẫn thẻ
Thanh dẫn thẻ căn chỉnh và ổn định bảng plug-in. Chúng làm giảm độ rung, dễ dàng lắp / tháo và giữ cho các đầu nối cạnh không bị cong. Trong môi trường công nghiệp hoặc ô tô với cú sốc liên tục, thanh dẫn thẻ rất quan trọng để có độ bền lâu dài.
Tấm tản nhiệt & tản nhiệt
Các thành phần như bộ điều chỉnh điện áp, MOSFET hoặc CPU tạo ra nhiệt làm giảm hiệu suất và rút ngắn tuổi thọ. Tấm tản nhiệt cải thiện khả năng truyền nhiệt đến tản nhiệt, trong khi tản nhiệt tản nhiệt vào không khí xung quanh. Chúng ngăn ngừa quá nhiệt và duy trì độ tin cậy của hệ thống.
Gói PCB và dấu chân
Xuyên lỗ (THT)
Các bộ phận xuyên lỗ sử dụng dây dẫn được lắp vào các lỗ đã khoan và hàn ở phía đối diện. Chúng cung cấp hỗ trợ cơ học mạnh mẽ, tuyệt vời cho rung động và căng thẳng, đồng thời dễ tạo nguyên mẫu. Tuy nhiên, chúng chiếm nhiều không gian hơn, lắp ráp chậm và không lý tưởng cho bố cục nhỏ gọn. Chúng phổ biến trong các đầu nối, rơ le và các thành phần nguồn.
Thiết bị gắn trên bề mặt (SMD)
SMD nằm trực tiếp trên miếng đệm PCB mà không cần khoan. Chúng nhỏ gọn, nhẹ và hoàn hảo để lắp ráp tự động, mật độ cao. Nhược điểm là hàn thủ công khó hơn, yêu cầu độ chính xác và độ bền cơ học ít hơn. Chúng thống trị các thiết bị điện tử như điện thoại thông minh, máy tính xách tay và thiết bị IoT.
BGA / QFN và các gói nâng cao
Các gói BGA và QFN đặt các miếng hàn hoặc bóng bên dưới thành phần, cho phép số lượng chân cao và hiệu suất tuyệt vời trong một không gian nhỏ. Chúng yêu cầu hàn nóng chảy, kiểm tra tia X và khó làm lại. Chúng được sử dụng trong CPU, SoC, GPU và chip RF cho các hệ thống hiệu suất cao.
Các thành phần an toàn của bảng mạch
• Khe hở là khe hở không khí tối thiểu giữa hai dây dẫn. Nó ngăn chặn hồ quang trong không khí khi có điện áp cao.
• Độ rò rỉ là khoảng cách bề mặt tối thiểu dọc theo PCB giữa các dây dẫn. Nó ngăn chặn dòng điện rò rỉ và theo dõi bề mặt.
• Những khoảng cách này là cần thiết để vận hành PCB an toàn và đáng tin cậy trong các mạch điện áp cao như nguồn điện, biến tần và ổ đĩa động cơ.
• Khoảng cách cần thiết phụ thuộc vào điện áp hoạt động: điện áp cao hơn yêu cầu độ rò rỉ và khe hở lớn hơn.
• Mức độ ô nhiễm ảnh hưởng đến rủi ro: môi trường sạch sẽ cho phép khoảng cách chặt chẽ hơn, trong khi điều kiện ẩm ướt, bụi bẩn hoặc công nghiệp cần nhiều khoảng cách hơn.
• Vật liệu CTI xác định chất lượng cách nhiệt. Xếp hạng CTI cao hơn có nghĩa là PCB có thể chịu được các đường rò rỉ ngắn hơn một cách an toàn.
• Tiêu chuẩn an toàn quốc tế (IEC, UL) cung cấp giá trị khe hở và độ rò rỉ tối thiểu cho các điện áp, vật liệu và môi trường khác nhau.
Kết luận
Các thành phần bảng mạch là cốt lõi của mọi thiết bị điện tử. Từ các bộ phận thụ động như điện trở đến IC và thiết bị bảo vệ phức tạp, mỗi bộ phận đều đảm bảo tính ổn định, hiệu suất và an toàn. Cùng nhau, họ xác định mức độ đáng tin cậy và hiệu quả của một hệ thống, làm cho sự hiểu biết của họ trở thành những điều cơ bản cho bất kỳ ai làm việc với thiết bị điện tử.
Câu hỏi thường gặp [FAQ]
Tụ điện tách rời được sử dụng để làm gì?
Chúng ổn định nguồn điện IC bằng cách lọc nhiễu và cung cấp năng lượng nhanh chóng.
Làm thế nào bạn có thể phát hiện các thành phần PCB giả mạo?
Kiểm tra nhãn hiệu kém, logo sai, bao bì không đồng đều và luôn mua từ các nhà phân phối đáng tin cậy.
Điểm kiểm tra trên PCB là gì?
Chúng là các miếng đệm hoặc chân cho phép bạn đo tín hiệu và điện áp để gỡ lỗi và kiểm tra.
Làm thế nào để vias nhiệt giúp ích trong thiết kế PCB?
Chúng truyền nhiệt từ các thành phần sang các lớp đồng khác, cải thiện khả năng làm mát và độ tin cậy.
Sự khác biệt giữa lớp phủ phù hợp và bầu là gì?
Lớp phủ là một lớp bảo vệ mỏng, trong khi bầu bao bọc hoàn toàn PCB để bảo vệ mạnh mẽ hơn.
Tại sao cần giảm lượng thành phần?
Nó làm giảm căng thẳng bằng cách sử dụng các bộ phận dưới định mức tối đa của chúng, cải thiện độ tin cậy và tuổi thọ.