بردهای PCB پایه دستگاه‌های الکترونیکی هستند که پشتیبانی مکانیکی و اتصالات الکتریکی را برای قطعات فراهم می‌کنند. در حالی که خود برد مدار چاپی مهم است، اجزای لحیم شده به PCB هستند که به آن عملکرد می‌دهند. هنگام طراحی و ساخت مدارها، درک انواع مختلف اجزای موجود و نقش آنها بسیار مهم است. در ادامه‌ی این مقاله به بررسی انواع قطعات الکترونیکی و عملکرد هر کدام از قطعات در بردهای الکترونیکی می‌پردازیم.
منظور از قطعات الکترونیکی چیست؟
به قطعاتی که در بردهای مدار چاپی به کار می‌روند تا برد الکترونیکی بتواند عملیات مورد انتظار محصول را انجام دهد، قطعات الکترونیکی می‌گویند. این قطعات هرکدام به منظور و هدف خاصی در برد استفاده می‌شوند و کاربرد هر قطعه و تقدم و تاخر قرار‌گیری آن در مسیر اتصالات برد بسیار اهمیت دارد. قطعات الکترونیکی بسته به کاربرد و نوع مونتاژ متفاوت‌اند. قطعات الکترونیکی می‌توانند دارای پایه‌های بلندی برای عبور از حفره‌های برد (قطعات مورد استفاده در بردهای DIP) و یا بدون پایه برای اتصال به سطح برد (قطعات مورد استفاده در بردهای SMD) باشند.
معرفی انواع و کاربرد قطعات الکترونیکی
در بردهای الکترونیکی با توجه به نوع و کاربرد برد در محصول الکترونیکی مورد نظر، قطعات الکترونیکی متفاوتی به کار می‌روند. قطعات الکترونیکی هرکدام دارای وظیفهی خاصی هستند که با توجه به نوع برد انتخاب و در برد با ترتیب و جهت مشخصی مونتاژ می‌شوند، در ادامه انواع قطعات الکترونیکی را بررسی می‌کنیم.
۱- مقاومتها
مقاومتها یکی از اجزای اصلی مدارهای الکترونیکی هستند. این قطعات الکترونیکی پرکاربرد در مقابل عبور جریان الکتریکی از خود، مقاومت نشان می‌دهند و انرژی الکتریکی را به گرما تبدیل می‌کنند و با این کار سطوح ولتاژ را در برد کنترل می‌کنند. مقاومتها به دو نوع دسته بندی می‌شوند که مقاومت ثابت و مقاومت متغیر نام دارند، مقاومت‌های ثابت با تغییر شرایط برد مقاومت ثابتی دارند اما مقاومت‌های متغیر بسته به شرایط و میزان ولتاژ ورودی به برد مقاومت متفاوتی از خود نشان می‌دهند، با این حال هر دو نوع مقاومت برای ترانزیستور‌های بایاس یا تقسیم ولتاژ به کار می‌رود.
تصویر قطعه مقاومت الکتریکی
۲- خازنها
خازنها به عنوان مخازن ذخیره‌ی انرژی عمل می‌کنند و بار را به صورت الکترواستاتیک بین دو صفحه که توسط یک عایق از هم جدا شده‌اند ذخیره می‌کنند. ویژگی ذخیره بار خازنها، وجود این قطعات الکترونیکی را در مدارهای الکرونیکی ضروری می‌کند. نوع عملکرد خازنها در مدارهای دیجیتال و آنالوگ متفاوت است و همچنین بسته به نوع مدار، در برابر جریان‌های متناوب و ولتاژ‌های مستقیم رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهند.
خازن‌های الکترونیکی
۳- سلفها
یکی دیگر از قطعات الکترونیکی که در بردهای PCB کاربرد دارد قطعه ای به نام سلف است. سلفها از میدان‌های مغناطیسی برای ذخیره‌ی انرژی استفاده می‌کنند و در نتیجه در برابر تغییرات جریان مقاومت می‌کنند. واحد اندازه‌گیری و یکای اندازه‌گیری برای کاری که سلفها (القاگر‌ها) انجام می‌دهند به یاد مخترع این قطعه، هِنری نام گذاری شده است. هنری به سلفها کمک می‌کند در فیلترها، نوسان‌گرها و سایر کاربردها که در مدیریت جریان و میدان‌های مغناطیسی اهمیت دارند، نقش‌های حیاتی ایفا کنند. سلفها در انواع مختلف عرضه می شوند که هر کدام ویژگی‌های القایی متمایزی را ارائه می‌دهند.
سلف یا القاگر الکتریکی
۴- دیودها
ویژگی دیودها در برد، یک سو‌سازی مفید جریان است و به این صورت عمل می‌کنند؛ دیودها جریان را در یک جهت هدایت می‌کنند در حالی که آن را در جهت دیگر مسدود می‌کنند. این گزینش جهتی، برای تبدیل AC به DC، تنظیم ولتاژ و تغییر سیگنال‌ها به کار‌می‌رود. آنها همچنین از مدار و اجزای حساس در برابر ولتاژ معکوس محافظت می‌کنند. انواع دیودها با عملکرد‌های خاصی هماهنگ هستند و بسته به برد و عملکرد آن، انواع مختلفی از دیودها در برد مورد استفاده قرار می‌گیرد.
دیود الکتریکی
۵- ترانزیستورها
ترانزیستورها، قطعات نیمه هادی‌ای هستند که جریان سیگنال‌ها و قدرت ولتاژ را تقویت می‌کنند، از دیگر وظایف ترانزیستورها در بردهای الکترونیکی کنترل سوئیچ است. این عملکرد ترانزیستورها به حدی کاربردی است که به آنها قلب تپنده‌ی بردهای الکترونیکی می‌گویند. ترانزیستورها به دو دسته‌ی کلی ترانزیستور‌های دوقطبی (BJT) و ترازیستور‌های اثر میدانی (FET) تقسیم بندی می‌شوند. ترانزیستورها با دست‌کاری دقیق و مشخص شده‌ی جریان، امکان مدیریت دقیق سیگنال را برای تجهیزات کاربردی از ریزپردازنده‌ها گرفته تا دستگاه‌های صوتی امکان‌پذیر می‌سازند.
ترانزیستور الکتریکی
۶- مدارهای مجتمع (ICها)
مدارهای مجتمع (IC) که به آنها تراشه یا مدار میکروالکترونیک نیز می‌گویند، از تعداد خیلی زیادی مقاومت، دیود، خازن و ترانزیستور بر‌روی یک قطعه ساخته می‌شوند. تراکم بالا‌ی قطعات مدارهای مجتمع این امکان را فراهم می‌کند تا ICها بتوانند پردازش و عملکرد‌های پیچیده‌ای داشته باشند و بسیاری از کار‌ها از جمله پردازش‌ها، تقویت جریان، نوسان سازی و… را در برد‌ها انجام دهند. طراحی فشرده مدارهای مجتمع عملکرد سیستم‌های الکترونیکی پیچیده را افزایش می‌دهد و باعث میشود که بتوان برد‌هایی با توانایی‌های بسیار بالا اما با ابعاد کوچکی تولید کرد.
مدار مجتمع الکترونیکی (IC)
۷- ترانس‌ها
ترانس توان را بین مدارها از طریق القای الکترومغناطیسی انتقال می‌دهد، یعنی قابلیت تبدیل جریان با انرژی کم و ولتاژ بالا را به جریان با انرژی بالا و ولتاژ کم دارند. ترانس‌های استاندارد با تبدیل ولتاژ بالا به پایین در حالی که ورودی و خروجی را جدا می‌کنند، عمل می‌کنند. این عمل ترانس، جریان تنظیم شده و ایزولاسیون را در مقایسه با مقاومتها افزایش می‌دهد. ولتاژ تبدیل شده، امکان انتقال توان کارآمد را بین مدارهای روی PCB، بدون عبور نویز یا تداخل را امکان پذیر می‌کند.
۸- سوییچ‌ها
سوئیچ‌ها اجزای مهمی در طراحی PCB و دستگاه‌های روزمره هستند. آنها با باز کردن یا بستن مسیر جریان، جریان را در مدار کنترل می‌کنند. استفاده از سوئیچ‌ها به کاربران این امکان را می‌دهد که به راحتی با زدن یک دکمه جریان برق را قطع و وصل کنند. سوئیچ‌ها در بردهای الکترونیکی، سیگنال‌های مسیر و جریان برق را بین بخش‌های مختلف مدار جا‌به‌جا می‌کنند. مهندسان الکترونیک معمولا از سوئیچ‌ها برای ایجاد تعامل و کنترل در طراحی‌های خود استفاده می‌کنند.
سوئیچ الکتریکی
۹- رگلاتورها
رگلاتورها که نام دیگر آنها تنظیم کننده‌های ولتاژ است، سطوح ولتاژ را با وجود نوسان یا بار‌های ورودی حفظ می‌کنند. این ثبات در سطح ولتاژ، برد را از آسیب‌های ناشی از ریزش ولتاژ محافظت می‌کند و عملکرد مطمئنی را در اجزای حساسی مانند منابع تغذیه و میکروکنترلرها ایجاد می‌کند.
رگلاتور الکتریکی
۱۰- تریستور‌ها یا یک‌سو کننده‌های کنترل شده با سیلیکون (SCR)
یک‌سو کننده‌های کنترل شده با سیلیکون (SCRs) سوئیچ‌های نیمه هادی مربوط به ترانزیستورها هستند. SCRها حاوی چهار لایه سیلیکونی هستند و هنگامی که یک پالس گیت کوچک، باعث هدایت جریان از کاتد به آند میشود، روشن می‌شوند. پس از فعال شدن، SCRها روشن می‌مانند تا زمانی که جریان به اندازه کافی پایین بیاید. این رفتار SCRها را قادر می‌سازد تا برخلاف ترانزیستورها، ولتاژها و جریان‌های بالا را تغییر دهند. در بردهای الکترونیکی SCRها توانایی جا‌به‌جایی قدرت کنترل شده را برای موتور‌ها و منابع تغذیه فراهم می‌کنند.
۱۱- نوسان‌ساز کریستالی
نوسانگرهای کریستالی نوعی از نوسان‌ساز‌های الکترونیکی هستند که از کوارتز برای تولید سیگنال‌های ساعت (clock signal) و زمان‌بندی دقیق و پایدار استفاده می‌کنند. نوسان‌ساز‌های کریستالی مدارهای دیجیتال را همگام می‌کند و استفاده از آنها زمان‌بندی قابل اعتمادی را برای میکروکنترلرها، انتقال داده‌‌ها و دیگر برنامه‌های کاربردی که نیازمند زمان‌بندی مشخص هستند را ممکن می‌سازد.
اسیلاتور یا نوسان‌ساز کریستالی
۱۲- دیود‌های ساطع کننده نور (LED)
ال‌ای‌دی‌ها هنگام روشن شدن، نور ساطع می‌کنند و همین ویژگی باعث میشود تا از LEDها به عنوان نشانگر استفاده شود. از مشخصات LEDها دوام بالا و کارآمدی آنها است. از دیود‌های ساطع کننده‌ی نور در نمایشگر‌ها، نور‌های تزئینی و نشانگر‌ها استفاده میشود.
دیود نوری (LED)
دسته‌بندی قطعات الکترونیکی بر اساس کیفیت ساخت
یکی از فاکتور‌های مهم در زمینه‌ی قطعات الکترونیکی کیفیت ساخت آن‌هاست. کیفیت ساخت قطعات تاثیر مستقیم بر عملکرد و طول عمر محصول الکترونیکی دارد و برای همین بهتر است با انواع کیفیت‌های قطعات الکترونیکی بیشتر آشنا شویم. قطعات الکترونیکی بر اساس کیفیت ساخت عموما به ۳ دسته تقسیم بندی می‌شوند.
- قطعات الکترونیکی اورجینال
- قطعات الکترونیکی کپی
- قطعات الکترونیکی بازسازی شده (refuarbished)
در ادامه با آوند الکترونیک همراه باشید تا درباره‌ی هرکدام از این دسته‌بندی‌ها اطلاعات بیشتری کسب کنیم.
انواع قطعات الکترونیکی بر‌اساس کیفیت
قطعات الکترونیکی اورجینال
قطعات اورجینال، قطعاتی هستند که توسط شرکت سازنده‌ی اصلی قطعات طراحی و تولید می‌شوند. روند تولید قطعات الکترونیکی اورجینال با استفاده از دستگاه‌ها و تکنولوژی‌های پیشرفته انجام میشود. همچنین مواد اولیه‌ی بکار رفته در این قطعات الکترونیکی بسیار با‌کیفیت هستند. با کیفیت بودن مواد اولیه در کنار استفاده از تکنولوژی‌ها و تجهیزات پیشرفته برای ساخت، باعث میشود قطعات اورجینال بالا‌ترین طول عمر و عملکرد را داشته باشند و قیمت آنها در مقایسه با دسته‌بندی‌های دیگر بالاتر باشد.
قطعات الکترونیکی کپی
قطعات الکترونیکی کپی، قطعاتی هستند که از روی قطعات اورجینال الگو برداری می‌شوند و مطابق با آنها ساخته می‌شوند. مهد ساخت قطعات کپی کشور چین است که با در اختیار داشتن فناوری‌های پیشرفته‌ی مهندسی معکوس، قطعات اورجینال را مهندسی معکوس می‌کنند و قطعات کپی را تولید می‌کنند. برخی از شرکت‌های بزرگ تولید کننده‌ی قطعات الکترونیکی کپی از شرکت تولید کننده‌ی اصلی مجوز تولید دریافت می‌کنند و طراحی و اطلاعات قطعهی اورجینال را از شرکت سازنده‌ی اصلی دریافت می‌کنند.
تفاوت قطعات کپی و قطعات اورجینال در روند ساخت آن‌هاست. برای ساخت قطعات کپی از مواد اولیه با‌کیفیت استفاده می‌کنند اما معمولا از تجهیزات پیشرفته‌ای برای ساخت این قطعات استفاده نمی‌شود. قطعات کپی از نظر عملکردی مشابه قطعات اورجینال هستند اما طول عمر و قیمت آنها کمتر از قطعات اورجینال است. در حال حاضر بیشتر قطعات موجود در بازار ایران قطعات الکترونیکی کپی هستند.
قطعات الکترونیکی بازسازی شده (ری-نیو شده)
قطعات الکترونیکی بازسازی شده همانطور که از اسم آنها پیداست قطعاتی هستند که استفاده شده‌اند و سپس بازسازی شده‌اند و وارد بازار شدند. در روند بازسازی قطعات ری-نیو معمولا از مواد اولیه با کیفیت بالا استفاده نمی‌شود و همین امر باعث کاهش طول عمر مفید این قطعات میشود. مهد بازسازی قطعات الکترونیکی همانند قطعات کپی کشور چین است و این قطعات معمولا دارای قیمت کمتری نسبت به قطعات اورجینال و کپی هستند.
تاثیر کیفیت قطعات الکترونیکی بر عملکرد محصولات
بدیهی است که کیفیت قطعات، تاثیر مستقیمی بر عملکرد و طول عمر محصول دارد. قطعات الکترونیکی با کیفیت بالا عملکرد دستگاه را بهبود می بخشند و باعث افزایش طول عمر محصول می‌شوند. قطعات الکترونیکی با کیفیت پایین ممکن است عملکرد محصول را مختل نکنند اما باعث کاهش عمر محصول می‌شوند. یکی از تاثیرات دیگر کیفیت قطعات الکترونیکی مربوط به ایمنی محصول است. کیفیت قطعات تاثیر مستقیمی بر ایمنی محصول دارند و استفاده از قطعات با کیفیت‌های پایین احتمال بروز مشکلات ایمنی در محصول را افزایش می‌دهد.
تست قطعات الکترونیکی
فرآیند تست و بررسی قطعات الکترونیکی فرآیند بسیار مهمی است که روی قطعات الکترونیکی انجام میشود. هدف از تست قطعات الکترونیکی اطمینان از عملکرد صحیح قطعات و تطابق ویژگی‌های قطعه با مشخصات مورد نیاز ما برای آن است. تست‌های انجام شده روی قطعات الکترونیکی متفاوت متنوع هستند و بسته به نوع قطعه، دقت مورد نیاز و مشخصاتی که از قطعه انتظار داریم متفاوت است. در ادامه به روشهای مختلف تست قطعات الکترونیکی می‌پردازیم.
انواع تست و آزمایش‌های قطعات الکترونیکی
تست قطعات الکترونیکی به ۲ دسته‌ی کلی تقسیم میشود؛ تست عملکردی و تست غیر‌عملکردی. هرکدام از این تست‌ها به هدف مشخصی انجام می‌شوند که در ادامه با آنها بیشتر آشنا می‌شویم.
تست عملکردی قطعات الکترونیکی
تست عملکردی همانطور که از نامش پیداست به هدف بررسی و اطمینان از عملکرد صحیح قطعه انجام میشود. تست عملکردی قطعات الکترونیکی برای بررسی سایر ویژگی‌های الکتریکی قطعه استفاده نمی‌شود به طور مثال زمانی که از یک LED در مدار استفاده می‌کنیم تست عملکردی آن بررسی روشن شدن LED در صورت ورود جریان به آن است و تست مقاومتی که روی آن انجام می‌دهیم تستی غیر‌عملکردی محسوب میشود. تست‌های عملکردی قطعات معمولا به وسیله‌ی اسیلسکوپ انجام میشود.
تست عملکردی قطعات الکترونیکی با اسیلسکوپ
تست‌های غیر‌عملکردی قطعات الکترونیکی
تست‌های غیر عملکردی معمولا برای بررسی سلامت قطعات از نظر ظاهری، مقاومتی و مشخصات قطعه انجام می‌شوند. بر خلاف تست عملکردی تست‌های غیر‌عملکردی تنوع زیادی دارند و تقریبا روی تمام قطعات الکترونیکی انجام می‌شوند. با آوند الکترونیک همراه باشید تا با تست‌های غیر‌عملکردی بیشتر آشنا شویم.
تست ظاهری قطعات
آزمایش‌های ظاهری وضعیت فیزیکی قطعه را بررسی می‌کنند و نقص‌های ظاهری که می‌توانند باعث خرابی‌های قطعات شوند را شناسایی می‌کنند. تست‌های ظاهری را میتوان با چشم انجام داد اما برای بررسی دقیق قطعات باید از بازرسی خودکار نوری برای بررسی قطعات کمک بگیریم.
تست مقاومتی قطعات الکترونیکی
تست مقاومتی یکی دیگر از تست‌های غیر‌عملکردی قطعات الکترونیکی است. این تست با وارد کردن جریان به قطعه و بررسی جریان خروجی از قطعه انجام میشود. این تست توسط مولتی متر دیجیتال انجام میشود. مولتی متر‌های دیجیتال توانایی گرفتن تست‌های الکتریکی زیادی را از قطعات الکترونیک دارند و برای تست‌های قطعات بسیار کاربردی هستند.
تست قطعات الکترونیکی با مولتی متر دیجیتال
تست اندوکتانس قطعات الکترونیکی
تست اندوکتانس یکی دیگر از تست‌های غیر‌عملکردی قطعات است. این تست میدان مغناطیسی‌ای که قطعه ایجاد می‌کند را مشخص می‌کند و معمولا با دستگاهی به نام متر اندوکتانس انجام میشود.
تست ظرفیتی
تست‌های ظرفیتی برای قطعات خاصی کاربرد دارند، این تست‌ها میزان باری که یک قطعه می‌تواند در خود ذخیره کند را محاسبه می‌کند. تست ظرفیتی برای بررسی غیر‌عملکردی قطعاتی همچون ترانزیستور و خازن مورد استفاده قرار می‌گیرد و به وسیله دستگاهی به نام متر این تست روی قطعات صورت می‌گیرد.
چند نکته درباره‌ی تست قطعات الکترونیکی
همانطور که خواندید تست قطعات الکترونیکی فرآیند بسیار مهمی است که باید روی قطعات الکترونیکی انجام شود و عدم انجام این تست‌ها می‌تواند عملکرد محصول شما را مختل کند. انجام ندادن تست عملکردی و استفاده از یک قطعهی خراب در برد الکترونیکی ممکن است باعث خرابی سایر قطعات به کار رفته در برد شود، پس این تست‌ها را جدی بگیرید. درباره‌ی تست قطعات الکترونیکی نکاتی وجود دارد که در ادامه بیان می‌کنیم و بهتر است آنها را برای انجام تست‌های لازم روی قطعات جدی بگیرید. این نکات عبارتند از:
- از تجهیزات مناسب و سالم برای انجام تست‌ها استفاده کنید و مطمئن شوید تجهیزاتتان کالیبره شده باشند.
- مراحل انجام تست‌های قطعات را به ترتیب و با دقت انجام دهید تا نتیجه‌ی تستی که می‌گیرید قابل اطمینان باشد.
- برای انجام تست‌هایی که به قطعات جریان وارد می‌کند با احتیاط عمل کنید. در صورت وارد کردن ولتاژ بالا به قطعات ممکن است به قطعه آسیب وارد کنید.
- سعی کنید در مراحل تست از یک تکنسین برق و آشنا به تست قطعات الکترونیکی کمک بگیرید.
قطعات الکترونیکی؛ رکن اصلی صنعت الکترونیک
از قطعات الکترونیکی با توجه به کاربرد برد الکترونیکی و هدف از ساخت محصول الکترونیکی در جنبه‌های زیادی از صنعت الکترونیک استفاده میشود. ممکن است در یک برد از یک قطعهی الکترونیکی چندین بار استفاده شود یا از یک قطعه الکترونیکی دیگر استفاده نشود. انتخاب قطعات الکترونیکی مورد استفاده در بردهای الکترونیکی با نوجه به ماهیت و ساختار برد متفاوت است، عمل انتخاب قطعات را طراحان برد و محصولات الکترونیکی با توجه به نیاز محصول، نوع و میزان جریان ورودی انجام می‌دهند. همچنین توانایی پشتیانی نرم افزار‌های طراحی برد الکترونیکی از قطعات نیز باید مورد توجه قرار بگیرد.
آوند الکترونیک با سابقه‌ای که در صنعت الکترونیک دارد، می‌تواند خدمات جامعی را به شما عزیزان ارائه دهد، این خدمات عبارتند از: تامین قطعات الکترونیکی با بالا‌ترین کیفیت، طراحی بردهای الکترونیکی و ساخت تجهیزات الکتریکی، تست و بررسی سلامت قطعات الکترونیکی
