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Se si estrae un qualsiasi circuito stampato, si rimane abbagliati dalla fitta schiera di minuscoli componenti. Questi componenti sono i “cellule” dei circuiti elettronici, ognuno dei quali svolge il proprio ruolo pur lavorando insieme. La comprensione del funzionamento di questi componenti è essenziale per la lettura degli schemi dei circuiti e per l'analisi del loro funzionamento. Risoluzione dei guasti.
Oggi ELEPCB vi porterà in profondità nel mondo dell'elettronica. Vi spiegheremo chiaramente le funzioni e i simboli dei componenti più fondamentali, come resistenze, condensatori e induttori, oltre a componenti fondamentali come diodi e transistor, circuiti integrati e interruttori. Grazie a esempi pratici, si otterrà una comprensione completa.
Cosa sono i componenti dei circuiti stampati
A Circuito stampato (PCB) fornisce un percorso elettrico e una base meccanica per vari dispositivi elettronici. Il percorso del circuito elettrico sul PCB è completato solo dopo l'utilizzo di componenti elettrici, detti appunto componenti del PCB. Affinché il PCB funzioni efficacemente, ogni componente deve funzionare correttamente senza dare risultati errati. I componenti utilizzati nei circuiti stampati possono variare da un circuito stampato all'altro a seconda dell'area di applicazione del circuito stesso. I componenti vengono montati sul PCB con due metodi:
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Foro passante Technology (THT): È un metodo per posizionare i componenti su un PCB forandoli nei fori.
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Tecnologia di montaggio superficiale (SMT): Si tratta di un metodo per inserire i componenti direttamente sulla superficie del PCB senza doverli forare. Il dispositivo realizzato per SMT è noto come dispositivo a montaggio superficiale (SMD).
Di seguito sono descritti alcuni dei componenti di base della PCB:
Componenti passivi
Si tratta di componenti elettrici che non richiedono una fonte di alimentazione esterna per funzionare. Alcuni componenti elettrici passivi utilizzati nei circuiti stampati sono:
Resistori
A resistore è un componente elettrico che limita la corrente elettrica. La resistenza di un resistore si misura in Ohm (𝞨). Serve a limitare la corrente, a dividere la tensione, a gestire la distribuzione dell'energia e a filtrare i segnali. Per identificare un resistore su un circuito stampato, occorre innanzitutto determinare se è montato con THT o SMT. Se il resistore è montato con THT, dobbiamo capire l'anello con codice colore utilizzato per determinare il suo valore. Altrimenti, per i resistori montati in SMT, dobbiamo decodificare i numeri stampati sul piccolo componente rettangolare.
Vediamo come leggere questi due tipi di resistenze.
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Lettura THT resistenze
I diversi tipi di resistenze ad anello con codice colore possono avere configurazioni a tre, quattro, cinque e sei anelli. Tra queste, la configurazione più utilizzata è quella a quattro anelli. Per un resistore a quattro anelli, i primi due anelli sono utilizzati per leggere il valore della resistenza, il terzo anello rappresenta il moltiplicatore e l'ultimo anello indica la tolleranza.
Ad esempio, se un resistore a quattro anelli ha bande rosse, rosse, argento e oro. Il colore rosso del resistore si riferisce al valore di 2 2, l'argento rappresenta il moltiplicatore 0,01 e l'oro indica una tolleranza di ±5%. Quindi, la resistenza è di 0,22 Ω e può variare leggermente tra 0,21 Ω e 0,23 Ω a causa della tolleranza.
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Lettura di resistenze SMD
Esistono diversi standard per definire il codice in SMD resistenze che possono essere a tre cifre, a quattro cifre e alfanumeriche, a seconda delle dimensioni e della precisione della resistenza. Nel sistema a tre cifre, le prime due rappresentano il valore della resistenza, mentre la terza cifra rappresenta il moltiplicatore.
Ad esempio: Se su un resistore è scritto 103, il valore della resistenza sarà 10 × 10^3 𝞨.
Inoltre, il valore del resistore può essere testato con un multimetro. Ma il resistore deve essere isolato per poterne misurare il valore con un multimetro.
Condensatori
Il condensatore è un componente che immagazzina energia elettrica in un campo elettrico e la rilascia quando necessario. Viene utilizzato per il disaccoppiamento, il filtraggio, il backup dell'alimentazione e la creazione di intervalli di tempo. Nel circuito stampato, il condensatore viene inserito insieme a informazioni quali il valore della capacità, la tensione nominale, la tolleranza, il coefficiente di temperatura, il codice della data, la polarità e il logo.
L'unità standard di capacità è il Farad (F), che è un'unità grande per i componenti del condensatore sul PCB. Pertanto, nei condensatori per circuiti stampati si utilizzano unità come microfarad (μF), nanofarad (nF) e picofarad (pF). I condensatori di solito riportano il loro valore sul corpo in formato pF.
Esistono due tipi di condensatori per circuiti stampati: THT e SMD. A differenza dei resistori, la tecnica di identificazione dei condensatori THT e SMD è simile. Sul condensatore è stampato un codice a tre cifre. In questo caso, le prime due cifre rappresentano il valore, seguite dalla terza cifra che rappresenta il moltiplicatore.
Ad esempio, il valore di 104 può essere letto come 10 × 10^4 μF.
Inoltre, il numero a tre cifre è seguito da una lettera che rappresenta la tolleranza di capacità.
Ad esempio: Se il codice è 104J, questa ‘J’ rappresenta la tolleranza di ±5%.
Sebbene i condensatori abbiano una codifica generale, esistono diversi tipi di condensatori utilizzati come componenti per circuiti stampati che variano per forma, dimensione e funzione. Alcuni di questi tipi comuni di condensatori sono:
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Condensatore ceramico: È molto piccolo, solitamente a forma di disco come componente THT e rettangolare come componente SMD su PCB. Non ha polarità.
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Condensatore elettrolitico: Si tratta di un condensatore polare di forma cilindrica sulla scheda. Il cavo negativo (-) è contrassegnato.
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Condensatore al tantalio: È piccolo, di forma rettangolare e il cavo positivo (+) è contrassegnato.
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Condensatore a film: È un condensatore a forma di scatola o rettangolare di dimensioni maggiori rispetto a un condensatore ceramico ma più piccolo di un condensatore elettrolitico. Non ha polarità.
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Supercondensatore: È il condensatore più grande, cilindrico o a forma di moneta, presente sulla scheda.
Induttori
Un induttore è un componente che immagazzina energia in un campo magnetico e la rilascia quando necessario. Gli induttori sono realizzati avvolgendo un conduttore in una bobina, attorno a un nucleo magnetico o senza nucleo (nucleo in aria). Viene utilizzato per regolare la corrente, stabilizzare la tensione, filtrare il rumore ad alta frequenza, sintonizzare la frequenza, convertire l'energia, ridurre il consumo di energia. interferenze elettromagnetiche (EMI), e l'attenuazione della corrente di uscita.
L'unità standard dell'induttanza è Henry (H), ma in generale il valore dell'induttanza è rappresentato da microhenry (μH). Gli induttori SMD utilizzano un codice a tre cifre simile a quello dei resistori e dei condensatori, mentre gli induttori assiali a foro passante utilizzano codici a colori.
Ad esempio, se il valore è scritto come 104, può essere decodificato come 10 × 10^4 pH. Il numero a tre cifre è seguito da una lettera che rappresenta la tolleranza di induttanza. Se il codice è 104J, questa ‘J’ rappresenta la tolleranza di ±5%.
Se c'è una lettera in mezzo a due cifre, rappresenta un punto decimale o un'unità di induttanza.
Ad esempio: 6R8 = 6,8 μH. In questo caso, ‘R’ rappresenta il punto decimale.
Nel caso di un induttore assiale a foro passante, la codifica dei colori può essere a tre, quattro o cinque bande. Nella codifica a tre bande, il primo e il secondo colore rappresentano rispettivamente il primo e il secondo numero di valori dell'induttore, mentre la terza banda rappresenta il moltiplicatore.
Nei circuiti stampati, un induttore può essere riconosciuto dalla struttura della bobina con diversi nuclei, come ad esempio:
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Nucleo ad aria Induttore: È di piccole dimensioni ed è visibile come una bobina di rame sul PCB.
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Nucleo di ferrite Induttore: È costituito da un filo di rame avvolto su un nucleo di ferrite scura. Ha una struttura cilindrica o a forma di bastoncino.
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Polvere di ferro Induttore: In questo tipo, il nucleo è spesso dipinto con colori gialli, rossi o verdi. Ha una struttura a forma di tamburo.
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Potenza Induttore (Nucleo di ferro): È grande e ingombrante con una forma quadrata o un blocco schermato, per lo più posizionato come componente SMD su PCB.
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Nucleo toroidale Induttore: Ha un nucleo a forma di ciambella in cui il filo è avvolto uniformemente intorno all'anello. Viene generalmente posizionato con il THT sul PCB.
Componenti attivi
Un diodo è un dispositivo a semiconduttore che permette alla corrente di fluire in una sola direzione, facilitando la conversione di potenza (Da CA a CC), regolazione della tensione, protezione del circuito, controllo del segnale e del percorso della corrente. I diodi sono spesso progettati in forma cilindrica per THT e in forma rettangolare nera per SMT. Su un'estremità è presente una striscia bianca o argentata che indica il terminale del catodo. Per identificare specifici diodi su PCB, è necessario leggere attentamente le schede tecniche, poiché i codici sono specifici del produttore e potrebbero non seguire lo standard universale. Alcuni codici di identificazione di un diodo sono:
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Codici alfanumerici
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Tipo di pacchetto
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Logo del produttore
Ad esempio, il codice alfanumerico ‘T4’ rappresenta un diodo di commutazione ad alta velocità BAS16 e il tipo di confezione SOD-123.
Transistor
Il transistor è un dispositivo a semiconduttore a tre strati utilizzato per la regolazione della corrente, l'amplificazione e la commutazione. Il transistor agisce come un interruttore che attiva e disattiva la corrente. Un transistor può essere un transistor a giunzione bipolare (BJT) controllato dalla corrente o un transistor a effetto di campo (FET) controllato dalla tensione. Un transistor su circuito stampato è riconoscibile dai suoi tre pin, con i terminali indicati da un lato piatto, una tacca, un punto o una linguetta sulla confezione.
Come per i diodi, per identificare uno specifico transistor su una scheda, è necessario verificare il codice sul dispositivo rispetto alla scheda tecnica del produttore, in quanto non segue gli standard universali. Ad esempio, i transistor PCB hanno un codice come BC547 stampato sul corpo. Per un'ulteriore identificazione, è necessario consultare la scheda tecnica.
Circuiti integrati
Un Circuito integrato (IC) è un piccolo chip progettato in modo compatto con una combinazione di componenti elettrici come resistenze, transistor e condensatori. Integra più funzioni in un singolo chip. I circuiti integrati sono utilizzati in molti dispositivi elettronici per l'elaborazione dei dati, l'alimentazione e il controllo dei segnali. I circuiti integrati possono essere analogici, digitali, misti o di potenza. I circuiti integrati su circuito stampato hanno molti pin con una tacca o un punto che rappresenta il pin 1. Il corpo del circuito integrato contiene un codice che può essere ulteriormente studiato utilizzando una scheda tecnica.
Ad esempio, LM358 stampato su un circuito integrato indica un amplificatore operazionale doppio la cui configurazione dei pin deve essere approfondita nella scheda tecnica.
Componenti elettromeccanici
Come suggerisce il nome, i componenti elettromeccanici sono componenti elettronici che combinano funzioni elettriche e fisiche. In pratica, collegano le diverse parti del sistema.
Connettori
Connettori sono utilizzati per collegare una parte del circuito a un'altra o per collegare il PCB a dispositivi esterni. Sono progettati per trasportare energia o segnali a seconda delle esigenze. I connettori possono essere posizionati sul PCB mediante THT o SMT, in base al loro design. Alcuni dei connettori sono:
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Bus seriale universale (USB): Viene utilizzato per fornire un segnale di alimentazione o il trasferimento di dati tra i dispositivi. Ha una forma rettangolare con quattro o più pin all'interno.
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Interfaccia multimediale ad alta definizione(HDMI): Viene utilizzato per trasmettere audio e video. Ha una forma trapezoidale più grande con molti pin all'interno. Nello standard HDMI sono utilizzati 19 pin.
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Intestazione Spillo: Viene utilizzato per collegare un filo o un dispositivo nella prototipazione.
Interruttori
Gli interruttori sono i componenti meccanici che consentono di accendere e spegnere i circuiti. Nella scelta degli interruttori per i circuiti stampati, è necessario studiare la tensione nominale, la durata meccanica, la forza operativa e la resistenza ambientale. Gli interruttori sono disponibili in molte forme che possono essere attivate premendo, facendo scorrere, ruotando o con altre azioni in base al loro design. Alcuni interruttori comuni sono:
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Tattile Interruttore: Si attiva quando viene premuto. È comunemente utilizzato in tastiere, pannelli di controllo e piccoli dispositivi elettronici.
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Scivolare Interruttore: È dotato di un'opzione scorrevole per la selezione di diverse modalità.
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Rotante Interruttore: Ha una disposizione circolare in cui è possibile selezionare più funzioni per diverse funzioni, canali e impostazioni.
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Pacchetto doppio in linea (Dip) Interruttore: Contiene più interruttori singoli in pacchetti che vengono utilizzati per la configurazione su una scheda.
Relè
I relè sono interruttori elettromeccanici che funzionano automaticamente senza intervento manuale. Utilizzano segnali elettrici per controllare i circuiti elettrici. Forniscono isolamento elettrico tra i circuiti di alimentazione e il carico. Nella scelta dei relè per i circuiti stampati, è necessario prendere in considerazione i valori elettrici, la configurazione dei contatti e la resistenza ambientale.
Fusibili
I fusibili sono piccoli dispositivi elettronici montati direttamente su un circuito stampato che proteggono i componenti sensibili da danni causati da cortocircuiti o sovraccarichi. I fusibili interrompono il flusso di corrente, evitando che i circuiti si surriscaldino o prendano fuoco. Vengono posizionati vicino alla fonte di alimentazione. Quando si aggiungono i fusibili sul PCB, è necessario considerare la capacità di interruzione e il rating elettrico.
Come leggere i simboli dei componenti dei circuiti stampati
Su un moderno circuito stampato, ogni componente è in genere etichettato con un designatore di riferimento. Si tratta di un codice alfanumerico standardizzato che identifica ciascun componente in modo univoco sulla scheda e nello schema. I componenti più comuni dei circuiti stampati, insieme ai codici dei designatori di riferimento, sono illustrati nella figura seguente:
Errori di lettura dei simboli e suggerimenti per i principianti
I principianti hanno difficoltà a leggere i simboli dei circuiti stampati che potrebbero causare danni al circuito. Alcuni degli errori più comuni dei principianti sono:
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Ignorare il designatore di riferimento: I principianti potrebbero non prestare attenzione al designatore di riferimento e sbagliare il posizionamento del componente, con conseguente guasto del PCB. Ogni componente del PCB ha un designatore di riferimento (ad esempio R1, R12). Per evitare malfunzionamenti, è necessario collocare il componente corretto nella posizione corretta.
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Trascurare la polarità: I principianti possono installare componenti polari come diodi e condensatori in senso inverso. Allo stesso modo, l'installazione di circuiti integrati senza conoscere la configurazione dei pin è un errore comune. Ricordate che i componenti polari, come i diodi e i transistor, devono essere posizionati con il giusto orientamento.
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Identificazione errata del componente: I principianti possono avere problemi nell'identificare i diversi componenti. L'uso di componenti attivi al posto di quelli passivi o di componenti elettromeccanici può cambiare il modo in cui il circuito si comporta. A volte l'ispezione fisica può non fornire informazioni complete sui componenti, per cui è necessario utilizzare un multimetro per testare e selezionare il componente giusto.
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Confondere i componenti THT e SMD: Gli stessi componenti possono avere forme e dimensioni diverse a seconda del modo in cui sono montati sulla scheda. Pertanto, si può creare confusione nel riconoscere i componenti.
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Ignorare i codici sul componente: I diversi componenti hanno tecniche di codifica differenti. Alcuni includono codici a colori, mentre altri hanno solo valori numerici o alfanumerici. Ignorare l'alfabeto durante la lettura dei valori alfanumerici può causare gravi danni al componente. Ogni numero, alfabeto o valore nominale del codice deve essere studiato attentamente prima dell'installazione per evitare di danneggiare i circuiti e i componenti della PCB.
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Non utilizzando la scheda tecnica: Prima di installare i componenti, studiare i valori nominali, il funzionamento e la funzione sulla scheda tecnica standard fornita per i componenti. Si sconsiglia di indovinare i componenti o il loro funzionamento senza aver consultato la scheda tecnica standard.
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Maneggiare i componenti con cura: Si dovrebbe evitare di toccare i cavi dei componenti a mani nude per evitare la corrosione o i danni statici.
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Ricontrollare prima di alimentare il circuito: Prima di applicare l'alimentazione, è necessario ispezionare il lavoro per verificare che non vi siano componenti mal posizionati, ponti di saldatura o errori di orientamento. Un piccolo errore può distruggere i componenti o l'intero PCB.
Conclusione
Per progettare un PCB efficace, la conoscenza dei componenti del PCB è un compito fondamentale. Dal riconoscimento dei componenti alla loro manipolazione con cura e all'installazione efficace, lavorare con i PCB è come lavorare con pazienza e precisione.
Come abbiamo visto, il processo va ben oltre la semplice conoscenza dell'aspetto di un resistore o di un condensatore; implica la padronanza della capacità di decodificare marcature complesse, di capire le polarità e di navigare tra le differenze tra le tecnologie THT e SMT. Utilizzando la scheda tecnica del produttore e leggendo attentamente il designatore di riferimento, possiamo evitare il fallimento del circuito.
Domande frequenti
A1:
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I simboli schematici sono rappresentazioni logiche dei componenti elettronici utilizzate negli schemi circuitali, mentre le impronte dei PCB sono rappresentazioni fisiche dei componenti sul PCB.
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I simboli schematici descrivono il funzionamento del componente nel circuito, mentre le impronte dei PCB definiscono le dimensioni esatte, la forma e la disposizione delle piazzole necessarie per saldare il componente sulla scheda.
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I simboli schematici vengono utilizzati durante la progettazione dei circuiti per la creazione di diagrammi schematici, mentre le impronte dei PCB vengono utilizzate durante il layout dei PCB per il posizionamento dei componenti.
A2: I componenti PCB più comuni includono resistenze, condensatori, induttori, diodi, transistor, circuiti integrati (CI), connettori e cristalli.
A3: I componenti della PCB possono essere identificati da designatori di riferimento, simboli schematici e marcature fisiche sulla scheda. Ad esempio, i resistori sono etichettati con R e codici colore, i condensatori utilizzano C con marcature di valore, e i circuiti integrati sono contrassegnati come U o IC. Grazie al controllo incrociato della serigrafia del PCB con lo schema, è possibile identificare con precisione i componenti.
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