PCB-componenten: typen, functies en hardware-onderdelen

Een printplaat werkt alleen als deze gevuld is met de juiste componenten. Weerstanden, condensatoren, diodes, transistors, IC's, connectoren en veiligheidsonderdelen spelen elk een rol bij het besturen, voeden en beveiligen van circuits. In dit artikel worden deze componenten, hun functies, markeringen en toepassingen uitgelegd, en wordt duidelijke en gedetailleerde informatie gegeven over de basisprincipes van printplaten.

Overzicht van printplaatcomponenten

Een printplaat is veel meer dan kopersporen die aan glasvezel zijn gebonden; Het is het hart van elk elektronisch apparaat. Zonder componenten is een PCB slechts een vel geïsoleerde koperen paden zonder het vermogen om taken uit te voeren. Eenmaal bevolkt met weerstanden, condensatoren, halfgeleiders, connectoren en beveiligingsapparaten, verandert het in een compleet elektronisch systeem dat in staat is om andere apparaten van stroom te voorzien, te verwerken en ermee te communiceren. De functionaliteit komt voort uit de balans van passieve componenten, die verantwoordelijk zijn voor het regelen van de stroom, het filteren van signalen en het verdelen van spanningen, en actieve componenten, die versterken, regelen en berekenen.

Zeefdruk en polariteit in PCB-componenten

Zeefdruklabels op printplaten

De zeefdruk is de witte tekst en symbolen die op een printplaat zijn gedrukt. Het biedt snelle referenties voor het identificeren van componenten tijdens assemblage, testen of reparatie. Deze markeringen besparen tijd door een richtlijn te bieden zonder dat ze altijd naar het schema hoeven te verwijzen.

Gemeenschappelijke zeefdrukaanduidingen

Zeefdruk gebruikt letters om componenten weer te geven:

• R = Weerstand

• C = Condensator

• D = Diode

• Q = Transistor

• U / IC = geïntegreerde schakeling

• F = Zekering

• J of P = Connector

• K = Relais

Polariteitsindicatoren voor componenten

Veel onderdelen zijn directioneel en moeten correct worden geïnstalleerd. Polariteitsmarkeringen zijn onder meer:

• Diodes - streep markeert de kathode

• Elektrolytische condensatoren - "–" symbool op de behuizing

• LED's - platte kant markeert de kathode

• IC's - Pin 1 geïdentificeerd door een punt, inkeping of afschuining

Gemeenschappelijke passieve printplaatcomponenten

Discrete printplaatcomponenten

Diodes

Diodes zijn basiscomponenten van printplaten die ervoor zorgen dat stroom slechts in één richting kan vloeien. Deze eigenschap beschermt circuits tegen schade door sperjunctspanning en is vereist in gelijkrichters, klemnetwerken en overspanningsbeveiligingssystemen. Hun symbool "D" op zeefdruk helpt bij snelle identificatie.

Lichtgevende diodes (LED's)

LED's fungeren zowel als indicatoren als lichtbronnen op printplaten. Ze worden gebruikt voor statussignalen, achtergrondverlichting van het display en opto-isolatie. Polariteit moet in acht worden genomen; De kathode is opvallend gemarkeerd met een platte rand of streep. Door hun efficiëntie en lage stroomverbruik zijn ze onmisbaar in de moderne elektronica.

Transistors (BJT's en MOSFET's)

Transistors regelen stroom en spanning door te fungeren als versterkers of schakelaars. Bipolaire junctietransistors (BJT's) blinken uit in versterking, terwijl MOSFET's de stroomschakeling domineren vanwege de lage verliezen en hoge snelheid. Op PCB's zitten ze voornamelijk in stroomregeling, digitale logica en signaalverwerking.

Spanningsregelaars

Spanningsregelaars zorgen ervoor dat een circuit een constante, stabiele spanning krijgt, zelfs als de voeding varieert. Veelgebruikte uitgangen zijn 5V, 3,3V en 12V. Ze zijn te vinden in zowel lineaire als schakelende typen en zijn cruciaal voor het voeden van IC's en gevoelige belastingen. Deze zijn gelabeld als U of IC op zeefdrukaanduidingen.

Componenten van geïntegreerde printplaten

Printplaat onderling verbonden componenten

Pin-headers en -aansluitingen

Pin-headers en -sockets worden veel gebruikt voor modulaire verbindingen. Ze maken eenvoudige uitbreiding, testen of vervanging van modules mogelijk. Ze zijn te vinden in ontwikkelborden, Arduino-schilden en embedded systemen en maken prototyping en upgrades eenvoudig.

USB-connectoren

USB-connectoren - Type-A, Type-B, Type-C en Micro-USB - zijn de universele interface voor gegevensoverdracht en stroomvoorziening. Op printplaten ondersteunen ze opladen, communicatie en perifere connectiviteit tussen elektronica, laptops en industriële apparatuur.

RF coaxiale connectoren

RF-connectoren zoals SMA, MMCX en U.FL zijn ontworpen voor hoogfrequente toepassingen. Ze zorgen voor minimaal signaalverlies en stabiele prestaties in draadloze communicatieapparatuur, antennes en IoT-modules.

Rand-connectoren

Edge-connectoren zijn geïntegreerd in de PCB-edge zelf en passen bij slots in moederborden of uitbreidingskaarten. Ze worden vaak gebruikt in GPU's, PCIe-kaarten en geheugenmodules en gaan efficiënt om met zowel stroom- als hogesnelheidssignalen.

Stroombeveiligingscomponenten van printplaten

Zekeringen

Zekeringen zijn opofferingsapparaten die zijn gelabeld met F op PCB's. Ze onderbreken het circuit wanneer er te veel stroom vloeit, waardoor oververhitting en brandgevaar worden voorkomen. Ze worden in de buurt van stroomingangslijnen geplaatst en vormen het eerste verdedigingsniveau tegen storingen.

TVS-diodes

Transient Voltage Suppression (TVS)-diodes, gemarkeerd als D, klemmen plotselinge spanningspieken vast die worden veroorzaakt door elektrostatische ontlading (ESD) of pieken. Ze bevinden zich dicht bij USB-, Ethernet- en HDMI-poorten om datalijnen en IC's te beschermen tegen tijdelijke schade.

Metaaloxide Varistors (MOV's)

MOV's zijn niet-lineaire weerstanden die hoogenergetische pieken van wisselstroomnetten absorberen. Ze zijn geïnstalleerd bij ingangspunten van circuits en beschermen apparaten tegen blikseminslag of onstabiele elektriciteitsnetten door overtollige energie veilig om te leiden.

Ferriet kralen

Ferrietkralen, gemarkeerd als FB, fungeren als filters om hoogfrequente elektromagnetische interferentie (EMI) te blokkeren. Ze worden in de buurt van regelaars en invoer-/uitvoerpennen geplaatst, onderdrukken schakelruis en verbeteren de stabiliteit van het circuit.

Elektromechanische en timingcomponenten van printplaten

Schakelaars

Schakelaars behoren tot de meest elementaire elektromechanische onderdelen op een printplaat. Ze zijn verkrijgbaar als tactiele, dia- of DIP-typen en stellen u in staat directe invoer te geven, logische statussen te configureren of functies te activeren zoals resetten, aan/uit zetten of modusselectie.

Estafettes

Relais maken een regelcircuit met laag vermogen mogelijk om belastingen met een hoog vermogen veilig te schakelen. Door een elektromagnetische spoel te gebruiken om contacten te openen of te sluiten, zorgen ze voor elektrische scheiding tussen logische signalen en zware belastingen. Veelvoorkomend in automatisering, motorbesturing en industriële PCB's.

Kristallen

Kwartskristallen zorgen voor extreem stabiele kloksignalen in het MHz-bereik. Deze zijn essentieel bij microcontrollertiming, datacommunicatie en synchronisatiecircuits, waardoor betrouwbare prestaties in digitale systemen worden gegarandeerd.

Oscillatoren

Oscillatoren zijn op zichzelf staande klokmodules die een vaste frequentie genereren zonder extra externe componenten. Ze worden gebruikt in processors, communicatiemodules en timingcircuits om een stabiele, nauwkeurige werking te garanderen.

Basis PCB-hardware

Afstandhouders

Afstandhouders scheiden de printplaat van het chassis of het montageoppervlak. Door direct contact te voorkomen, verminderen ze de belasting van de soldeerverbindingen, beschermen ze sporen van korte broeken en zorgen ze voor luchtstroom onder het bord. Deze kleine afstandhouder helpt het barsten van het soldeer door buiging of trillingen van de plank te voorkomen.

Beugels

Beugels bevestigen connectoren zoals USB-, HDMI- of Ethernet-poorten aan het chassis. Zonder deze kabels zorgt het aansluiten en loskoppelen van kabels voor herhaalde belasting van de printplaat zelf, wat leidt tot scheuren en opgetilde pads. Beugels brengen de mechanische belasting over op het frame, waardoor de levensduur van de connector wordt verlengd.

Kaart gidsen

Kaartgeleiders lijnen insteekkaarten uit en stabiliseren ze. Ze verminderen trillingen, vergemakkelijken het inbrengen/verwijderen en voorkomen dat de randconnectoren buigen. In industriële of auto-omgevingen met constante schokken zijn kaartgeleiders van vitaal belang voor duurzaamheid op de lange termijn.

Thermische pads en heatsinks

Componenten zoals spanningsregelaars, MOSFET's of CPU's genereren warmte die de prestaties verslechtert en de levensduur verkort. Thermische pads verbeteren de warmteoverdracht naar koellichamen, terwijl koellichamen warmte afvoeren naar de omringende lucht. Ze voorkomen oververhitting en behouden de betrouwbaarheid van het systeem.

PCB-pakketten en voetafdrukken

Doorlopend gat (THT)

Doorlopende onderdelen gebruiken kabels die in geboorde gaten worden gestoken en aan de andere kant worden gesoldeerd. Ze bieden sterke mechanische ondersteuning, zijn geweldig voor trillingen en stress en zijn gemakkelijk te prototypen. Ze nemen echter meer ruimte in beslag, zijn traag in elkaar te zetten en zijn niet ideaal voor compacte lay-outs. Ze komen vaak voor in connectoren, relais en voedingscomponenten.

Apparaten voor opbouwmontage (SMD)

SMD's zitten direct op PCB-pads zonder te boren. Ze zijn compact, lichtgewicht en perfect voor geautomatiseerde assemblage met een hoge dichtheid. De nadelen zijn harder handmatig solderen, precisie-eisen en minder mechanische sterkte. Ze domineren elektronica zoals smartphones, laptops en IoT-apparaten.

BGA / QFN en geavanceerde pakketten

BGA- en QFN-pakketten plaatsen soldeerpads of -ballen onder het onderdeel, waardoor een hoog aantal pinnen en uitstekende prestaties in een kleine ruimte mogelijk zijn. Ze vereisen reflow-solderen, röntgeninspectie en zijn moeilijk opnieuw te bewerken. Deze worden gebruikt in CPU's, SoC's, GPU's en RF-chips voor krachtige systemen.

Veiligheidscomponenten van printplaten

• De speling is de minimale luchtspleet tussen twee geleiders. Het voorkomt vonken door de lucht wanneer er hoge spanningen aanwezig zijn.

• Kruip is de minimale oppervlakteafstand langs de printplaat tussen de geleiders. Het voorkomt lekstroom en oppervlaktevolging.

• Deze afstanden zijn nodig voor een veilige en betrouwbare werking van printplaten in hoogspanningscircuits zoals voedingen, omvormers en motoraandrijvingen.

• De benodigde afstand is afhankelijk van de bedrijfsspanning: hogere spanningen vereisen een grotere kruip- en speling.

• De mate van vervuiling beïnvloedt het risico: schone omgevingen zorgen voor een kleinere afstand, terwijl vochtige, stoffige of industriële omstandigheden meer afstand nodig hebben.

• Materiaal CTI definieert de isolatiekwaliteit. Een hogere CTI-classificatie betekent dat de printplaat veilig kortere kruippaden kan verdragen.

• Internationale veiligheidsnormen (IEC, UL) bieden minimale spelings- en kruipwaarden voor verschillende spanningen, materialen en omgevingen.

Conclusie

Printplaatcomponenten vormen de kern van elk elektronisch apparaat. Van passieve onderdelen zoals weerstanden tot complexe IC's en beveiligingsapparatuur, elk zorgt voor stabiliteit, prestaties en veiligheid. Samen bepalen ze hoe betrouwbaar en efficiënt een systeem wordt, waardoor hun begrip de basis wordt voor iedereen die met elektronica werkt.

Veelgestelde vragen [FAQ]

Waar worden ontkoppelingscondensatoren voor gebruikt?

Ze stabiliseren de IC-voeding door ruis te filteren en snelle uitbarstingen van energie te leveren.

Hoe herken je nagemaakte PCB-componenten??

Controleer op slechte markeringen, verkeerde logo's, ongelijke verpakkingen en koop altijd bij vertrouwde distributeurs.

Wat zijn testpunten op een printplaat?

Het zijn pads of pinnen waarmee je signalen en spanningen kunt meten voor foutopsporing en testen.

Hoe helpen thermische via's bij het ontwerpen van printplaten?

Ze dragen warmte over van componenten naar andere koperlagen, waardoor de koeling en betrouwbaarheid worden verbeterd.

Wat is het verschil tussen conformal coating en oppotten?

Een coating is een dunne beschermlaag, terwijl het ingieten de printplaat volledig inkapselt voor een sterkere bescherming.

Waarom is derating van componenten vereist?

Het vermindert stress door onderdelen onder hun maximale classificatie te gebruiken, waardoor de betrouwbaarheid en levensduur worden verbeterd.