تحلیل فنی‌ نقش و عملکرد سه نوع اصلی قطعه روی PCB

مقاله به سه بخش فنی تقسیم شده: قطعات غیرفعال (Passive)، فعال (Active)، و الکترومکانیکی (Electromechanical). هر بخش شامل زیرشاخه‌ها، مشخصات، مزایا و کاربردهای صنعتی است.

۳. قطعات غیرفعال (Passive Components)

این قطعات انرژی تولید نمی‌کنن؛ فقط اون رو ذخیره، مصرف یا منتقل می‌کنن.

مقاومت (Resistor)

• وظیفه: محدود کردن جریان یا تنظیم سطح ولتاژ.

• انواع:

  • Thick Film / Thin Film (در SMD)

  • Carbon Film / Metal Film (در THT)

• ویژگی‌ها: مقاومت نامی، تلرانس، توان مجاز (Wattage)، نویز حرارتی.

• نکته طراحی: مقاومت‌های دقیق (۱٪) در مدارهای آنالوگ حیاتی‌اند.

خازن (Capacitor)

• وظیفه: ذخیره بار الکتریکی، صاف‌کردن سیگنال، فیلتر کردن نویز.

• انواع:

  • الکترولیتی: ظرفیت زیاد، اما قطب‌دار.

  • سرامیکی: ظرفیت کمتر ولی پاسخ فرکانسی بالا.

  • Tantalum: پایداری بالا در دماهای متغیر.

• نکته طراحی: در کنار هر آی‌سی خازن بای‌پس قرار داده می‌شه برای حذف نویز منبع تغذیه.

سلف (Inductor)

• وظیفه: ذخیره انرژی در میدان مغناطیسی، فیلتر کردن سیگنال‌های فرکانس بالا، کاربرد در مبدل‌های DC-DC.

• پارامترهای مهم: اندوکتانس (µH یا mH)، مقاومت DC داخلی (DCR)، جریان اشباع (Isat).

۴. قطعات فعال (Active Components)

این قطعات قادرند جریان یا سیگنال را کنترل یا تقویت کنند.

دیود (Diode)

• وظیفه: هدایت جریان در یک جهت.

• انواع:

  • Rectifier: یکسوکننده.

  • Zener: تنظیم ولتاژ.

  • Schottky: سرعت بالا، افت ولتاژ کم.

  • LED: انتشار نور در عبور جریان.

• نکته طراحی: همیشه باید افت ولتاژ مستقیم (Forward Voltage Drop) و جریان بیشینه رعایت بشه.

ترانزیستور (Transistor)

• وظیفه: تقویت یا سوئیچ کردن سیگنال.

• انواع:

  • BJT (دو قطبی): برای مدارهای آنالوگ.

  • MOSFET: کنترل دقیق توان، در مدارهای سوئیچینگ.

• مشخصات مهم: β (ضریب تقویت جریان)، Vce، و توان تلفاتی.

• نکته طراحی: مسیر زمین و تغذیه ترانزیستور باید کوتاه و ضخیم باشه تا نوسان نده.

مدار مجتمع (IC)

• شامل مجموعه‌ای از قطعات فعال و غیرفعال در یک چیپ.

• انواع:

  • Analog ICs: مثل Op-Amp یا ADC/DAC.

  • Digital ICs: مثل میکروکنترلر یا حافظه.

  • Mixed-Signal ICs: مثل مبدل‌های صوتی یا کنترلرهای قدرت.

• نکته طراحی: آی‌سی‌های فرکانس بالا نیاز به زمین مشترک (Ground Plane) و طراحی مسیر دقیق دارن.

۵. قطعات الکترومکانیکی (Electromechanical Components)

ترکیب بخش الکترونیکی و مکانیکی برای تعامل فیزیکی با مدار.

سوئیچ‌ها (Switches)

• وظیفه: باز و بسته کردن مسیر جریان به‌صورت دستی.

• انواع: لحظه‌ای (Momentary)، ثابت (Toggle)، روتاری، و DIP.

• نکته: در مدارهای منطقی باید از Pull-up یا Pull-down برای تثبیت حالت استفاده بشه.

کانکتورها (Connectors)

• وظیفه: ایجاد اتصال بین PCB و کابل یا برد دیگر.

• انواع: Header، USB، JST، Molex، Edge Connector.

• نکته طراحی: انتخاب فاصله پین، مقاومت تماس (Contact Resistance) و استحکام مکانیکی مهمه.

رله‌ها (Relays)

• وظیفه: کنترل بارهای بزرگ با سیگنال کوچک.

• دو نوع اصلی:

  • الکترومکانیکی (EMR): استفاده از سیم‌پیچ و بازوی مکانیکی.

  • حالت جامد (SSR): سوئیچ نیمه‌هادی، بدون حرکت مکانیکی.

• نکته: در رله‌های مکانیکی باید مدار Snubber برای حفاظت در برابر القای ولتاژ استفاده بشه.

۶. ملاحظات طراحی کلی

• جای‌گذاری: قطعات سنگین نزدیک مرکز یا محل تثبیت مکانیکی قرار بگیرن.

• مسیر توان: باید کوتاه و ضخیم باشه.

• نویز: مسیرهای سیگنال حساس از خطوط تغذیه و رله‌ها دور باشن.

• ایمنی: رعایت فاصله‌ی ایزولاسیون بین ولتاژهای بالا و پایین طبق استاندارد IPC-2221.

• استانداردهای تولید:

  • IPC-7351: برای طراحی Footprint قطعات.

  • RoHS: محدودیت استفاده از مواد سمی (مثل سرب و کادمیوم).