Основы электронных компонентов

Электронный компонент - это отдельное устройство или элемент, используемый на печатной плате и обладающий специфическими электрическими характеристиками, такими как проводимость и изоляция. Он выполняет определенную функцию в электронной схеме, благодаря чему получил такие обозначения, как электрический компонент или компонент печатной платы. Эти компоненты можно разделить на активные и пассивные, каждый из которых играет уникальную роль в управлении потоком и регулировании электрических сигналов. Высокое качество этих компонентов напрямую влияет на общее качество электронных изделий.

Чтобы обеспечить успех Вашего проекта, необходимо воспользоваться услугами высокопрофессионального покупатель компонентов. FS Technology - Ваш идеальный партнер, способствующий бесперебойному осуществлению закупок. Если у Вас возникнут какие-либо потребности в этой области, мы призываем Вас незамедлительно связаться с нами. Эта статья, представленная FS Technology, призвана дать энтузиастам исчерпывающие базовые знания об электронных компонентах, тем самым обогатив их понимание этой области.

Оглавление

Классификация электронных компонентов

Электронные компоненты можно классифицировать по различным критериям, что позволяет лучше понять их роль и функции в электронных схемах. Основные классификации таковы:

  • Активные компоненты: Эти компоненты могут управлять и усиливать электрические сигналы, но для их эффективной работы требуется внешний источник питания. Примерами могут служить транзисторы, операционные усилители и интегральные схемы. Активные компоненты необходимы для решения таких задач, как обработка сигналов, усиление и управление потоком тока в электронных схемах.
  • Пассивные компоненты: Эти компоненты не могут управлять или усиливать электрические сигналы. Они работают без внешнего источника питания и реагируют на изменения напряжения и тока. Примерами пассивных компонентов являются резисторы, конденсаторы, индукторы и различные типы переключателей. Пассивные компоненты играют важнейшую роль в фильтрации, накоплении энергии, регулировании напряжения и формировании сигнала.
  • Дискретные компоненты: Дискретные компоненты - это отдельные электронные устройства, которые выполняют конкретные функции и являются отдельными, самостоятельными объектами. Они часто используются в простых схемах и могут быть легко заменены или взаимозаменены. Примерами могут служить отдельные транзисторы, резисторы, конденсаторы и диоды.
  • Интегрированные компоненты: Интегрированные компоненты состоят из множества дискретных компонентов, объединенных в один корпус или микросхему. Эти компоненты изготавливаются по технологии интегральных схем, когда несколько транзисторов, резисторов, конденсаторов и других компонентов интегрируются в полупроводниковую подложку. Интегральные схемы обладают такими преимуществами, как уменьшенный размер, низкое энергопотребление и улучшенная производительность. Они являются основой современной электроники, позволяя создавать сложные системы, микропроцессоры, микросхемы памяти и многое другое.

Пассивные электронные компоненты

Резисторы:

Резисторы - это пассивные компоненты, используемые для регулирования протекания тока в цепи путем препятствования прохождению электрического тока. Они играют важную роль в контроле уровня напряжения, ограничении тока и защите чувствительных компонентов. Единицей измерения для резисторов является Ом, который количественно определяет их сопротивление протеканию электрического тока.

Символ

Символ резистора электронного компонента

Типы резисторов

Типы резисторов для печатных плат

На рисунке выше показаны различные типы резисторов, включая фиксированные резисторы, тонкопленочные резисторы и LDR-резисторы, среди прочих.

  • Фиксированный резистор: Этот тип резистора поддерживает постоянное сопротивление во время работы и изготавливается из проводящих материалов, таких как углеродная пленка, металлическая пленка или оксид металла.
  • Тонкопленочные резисторы: Эти резисторы также обладают фиксированным значением сопротивления, а их отличительная особенность заключается в нанесении тонкопленочного материала на изолирующую подложку. Тонкопленочные резисторы отличаются высокой точностью и стабильностью, что делает их подходящими для точных электронных приложений.
  • Резистор LDR: Это уникальный тип резистора, значение сопротивления которого меняется в ответ на изменение уровня освещенности. Резисторы LDR обычно используются в фоточувствительных схемах, системах автоматического освещения и фоточувствительном электронном оборудовании, они облегчают работу электронных устройств, управляемых светом.

Конденсаторы

Конденсаторы - это пассивные компоненты, отвечающие за накопление и отдачу электрического заряда. Они играют важнейшую роль в сглаживании колебаний напряжения, накоплении энергии и соединении сигналов в электронных схемах. Формула для расчета емкости (C) конденсатора выглядит следующим образом:

C = Q / V

Где:

C: представляет собой емкость в фарадах (F).

Q: обозначает заряд, накопленный в кулонах (C).

V: обозначает напряжение на конденсаторе в вольтах (В).

Функции, реализованные в плате, включают:

  • Схемы электропитания: Конденсаторы используются в цепях электропитания для сглаживания колебаний напряжения и уменьшения пульсаций. Они накапливают электрическую энергию при высоком напряжении и отдают ее при падении напряжения, обеспечивая более стабильный и непрерывный выход энергии.
  • Соедините сигналы переменного тока: Конденсаторы используются для связи сигналов переменного тока между различными каскадами электронной схемы, блокируя при этом любые компоненты постоянного тока. Они также используются для развязки, чтобы удалить шумы и помехи из линий электропитания.
  • Хранение энергии: Конденсаторы используются в различных приложениях, где требуется кратковременное хранение энергии. Сюда относятся вспышки фотоаппаратов, фонари и резервные источники питания для электронных устройств.
  • Кондиционирование сигнала: Конденсаторы используются в схемах формирования сигнала для блокировки смещения постоянного тока и усиления или фильтрации определенных частотных составляющих сигнала.
  • Радиочастотные (RF) фильтры: Конденсаторы используются в радиочастотных фильтрах для пропуска или блокировки определенных диапазонов частот в системах связи и радиочастотных цепях.
  • Настроечные цепи: Конденсаторы используются в схемах настройки для регулировки резонансной частоты радиоприемников и передатчиков.

Символ

Символ конденсатора электронного компонента

Типы конденсаторов

Типы конденсаторов электронных компонентов

Поляризованные конденсаторы

Поляризованные конденсаторы имеют определенную полярность, что требует их подключения в определенном направлении в цепи. Они находят широкое применение в приложениях, связанных с напряжением постоянного тока (DC). Два распространенных типа поляризованных конденсаторов выглядят следующим образом:

  • Электролитические конденсаторы: Состоит из двух электродов, анода и катода, разделенных диэлектрическим электролитом. Как правило, анод изготавливается из алюминиевой фольги, а катод покрывается электролитом. Эти конденсаторы обладают высокими значениями емкости и большими размерами, что делает их идеальными для таких функций, как хранение заряда, фильтрация и связь.
  • Танталовые конденсаторы: Электроды изготовлены из металла тантала и имеют структуру, схожую с электролитическими конденсаторами. Однако в качестве электролита в них используется оксид тантала. Эти конденсаторы широко используются в высокопроизводительных электронных устройствах, включая мобильные устройства, компьютеры и коммуникационное оборудование, особенно в случаях, требующих высокочастотных характеристик и стабильности.

Неполяризованные конденсаторы

Неполяризованные конденсаторы не имеют определенной полярности, что позволяет подключать их в любом направлении в цепи. Такие конденсаторы обычно используются в приложениях с переменным напряжением и в сценариях, где полярность сигнала постоянно меняется. Ниже перечислены распространенные типы неполяризованных конденсаторов:

  • Керамические конденсаторы: При изготовлении используются керамические материалы, а в качестве электродов часто применяют свинец или серебро. Эти конденсаторы обладают такими преимуществами, как высокая стабильность, отличная частотная характеристика и экономичность.
  • Пленочные конденсаторы: Изготовленные по технологии тонкопленочного осаждения, пленочные конденсаторы включают такие разновидности, как металлические пленочные конденсаторы, полиэфирные пленочные конденсаторы и полипропиленовые пленочные конденсаторы. Они известны своей высокой точностью, стабильностью и долговечностью.
  • Суперконденсаторы: Также называемые суперконденсаторами или электрохимическими конденсаторами, эти конденсаторы являются относительно новым типом. Они могут похвастаться высокой плотностью энергии и мощности, обеспечивая быструю зарядку и разрядку, что делает их хорошо подходящими для приложений, требующих большой мощности в переходный период.

Индукторы

Индукторы - это пассивные компоненты, которые накапливают энергию в магнитных полях, когда через них проходит электрический ток. Они часто используются в таких приложениях, как фильтры и накопители энергии.

Индуктивность (L) индуктора зависит от нескольких факторов, включая количество витков в катушке, материал сердечника, размеры катушки и проницаемость сердечника. Фундаментальная формула для расчета индуктивности индуктора выглядит следующим образом:

L = (N^2 * μ * A) / l

Где:

L: обозначает индуктивность в генри (H).

N: обозначает количество витков в катушке.

μ: представляет собой проницаемость материала сердечника (константа).

A: означает площадь поперечного сечения магнитопровода катушки.

l: обозначает длину катушки.

Принцип работы

Поведение индуктора регулируется законом электромагнитной индукции Фарадея. Когда ток через индуктор изменяется, он индуцирует напряжение на компоненте, пропорциональное скорости изменения тока. Это свойство заставляет индукторы сопротивляться резким изменениям тока, в результате чего возникает эффект "обратной ЭДС", противодействующий любым изменениям тока.

Существуют различные типы индукторов, разработанные для конкретных применений:

  • Индукторы с воздушным сердечником: Имеют полый магнитный сердечник, то есть вокруг катушки индуктивности нет магнитного материала. Они подходят для низкочастотных применений.
  • Индукторы с железным сердечником: Магнитный сердечник изготовлен из черного материала, например, железного порошка или феррита. Они обладают высокой индуктивностью и способностью накапливать энергию, что делает их идеальными для высокочастотных применений.
  • Индукторы для микросхем: Компактные индуктивные устройства с катушками из тонких листов магнитного материала, обеспечивающие небольшой размер и высокую емкость для хранения энергии. Они широко используются в коммуникационном оборудовании.
  • Переменная индуктивность: Позволяют регулировать индуктивность, изменяя такие параметры конструкции, как количество витков или положение магнитопровода. Они полезны для регулировки частоты, согласования импеданса и передачи сигнала в цепях.
  • Объединенные индукторы: Состоят из двух или более индуктивных компонентов, соединенных вместе магнитным полем. Они находят применение в датчиках, фильтрах и усилителях мощности.
  • Высокочастотные индукторы: Специально разработан для высокочастотная печатная платаОни имеют низкое сопротивление постоянному току и высокую частоту саморезонанса, что позволяет более эффективно передавать высокочастотные сигналы.
  • Силовые индукторы: Благодаря большим катушкам и магнитопроводам они могут выдерживать более высокие уровни тока и мощности. Они обычно используются в оборудовании с высокими требованиями к току и мощности, таком как промышленные платы управления.

Индукторы в электрических цепях

  • Фильтры: Индукторы сочетаются с конденсаторами, образуя пассивные фильтры, способные разделять или блокировать определенные частотные составляющие сигнала.
  • Источники питания: Индукторы играют важную роль в DC-DC преобразователях и импульсных регуляторах, эффективно накапливая и передавая энергию.
  • Подавление электромагнитных помех (EMI): Индукторы помогают уменьшить нежелательные электромагнитные шумы в электронных схемах.
  • Радиочастотные схемы: Индукторы - важнейшие компоненты радиочастотных цепей, используемые в таких приложениях, как сети согласования антенн и цепи согласования импеданса.
  • Трансформеры: Индукторы являются неотъемлемой частью Трансформаторы для печатных платСпособствуя передаче энергии между несколькими катушками, часто с изменением напряжения и силы тока.

Диоды

Диоды - это полупроводниковые приборы, которые обеспечивают однонаправленное протекание тока, функционируя как односторонние клапаны для электрического тока. Они широко используются в различных областях, включая выпрямление, регулирование напряжения и демодуляцию сигналов.

Диоды играют фундаментальную роль в платах PCBA, обеспечивая точный контроль и манипулирование протеканием тока, что делает их незаменимыми компонентами для эффективных и надежных электронных схем.

Символ

Электронный компонент Символ диодов

Типы диодов

  • Выпрямительный диод: Используются для преобразования переменного тока в постоянный в схемах выпрямителей. Примеры: 1N4001, 1N5408 и т.д.
  • Диод Зенера: Предназначен для работы в области обратного пробоя, чтобы поддерживать постоянное напряжение на нем. Используется в схемах регулирования напряжения.
  • Светоизлучающий диод (LED): Излучает свет, когда ток проходит через него в прямом направлении. Используется в различных осветительных приборах и дисплеях.
  • Диод Шоттки: Отличаются меньшим прямым падением напряжения и более высокой скоростью переключения по сравнению с обычными диодами. Применяются в высокочастотных приложениях.
  • Варакторный (варикапный) диод: Предназначен для работы в качестве переменного конденсатора при подаче напряжения в обратном направлении. Используется в осцилляторах, управляемых напряжением, и схемах настройки.
  • Фотодиод: Преобразует световую энергию в электрический ток. Используется в датчиках освещенности и оптических системах связи.
  • PIN-диод: Обладает внутренним слоем между областями P-типа и N-типа, что делает его пригодным для использования в радиочастотных и микроволновых приложениях.
  • Туннельный диод: Демонстрирует область отрицательного сопротивления, используемую в высокочастотных генераторах и усилителях.
  • Диод с барьером Шоттки (SBD): Комбинированный переход металл-полупроводник позволяет добиться низкого прямого падения напряжения и быстрых характеристик переключения.
Тип диодаПримеры
Выпрямительный диод1N4001, 1N5408
Диод Зенера1N4728A (4.7V), 1N4742A (12V), BZX55C3V9 (3.9V)
Светоизлучающий диод (LED)5 мм красный светодиод (LTL-4231), 3 мм зеленый светодиод (LL-503GD2E-2G-3G)
Диод Шоттки1N5817 (20 В, 1 А), BAT54S (30 В, 200 мА)
Варакторный (варикапный) диодBB112 (30V), BB639E7904 (25V)
ФотодиодBPW34 (кремниевый PIN), TEMD6010FX01 (инфракрасный)
PIN-диодСерия HSMP-382x (поверхностный монтаж), MA4P7451F-1072T (RF)
Туннельный диод1N3712 (германий), MV1401 (кремний)
Диод с барьером Шоттки (SBD)BAT41 (30 В, 100 мА), серия HSMS-285x (поверхностный монтаж)

Активные электронные компоненты

Транзисторы

Транзисторы - это активные компоненты печатных плат с разнообразной функциональностью, выполняющие функции усилителей, переключателей и модуляторов сигналов. Их жизненно важная роль распространяется и на цифровую логику, что делает их незаменимыми в микропроцессорах и различных электронных устройствах.

Символ

Электронный компонент Символ транзистора

Типы транзисторов

Типы электронных компонентов Транзисторы

I. Транзистор с биполярным переходом (BJT):

a. NPN (отрицательно-положительно-отрицательный): Транзистор NPN состоит из тонкого полупроводникового слоя P-типа, помещенного между двумя слоями N-типа. Он облегчает протекание тока от коллектора к эмиттеру, когда на базовый вывод подается небольшой ток.

b. PNP (Positive-Negative-Positive): В транзисторе PNP тонкий полупроводниковый слой N-типа находится между двумя слоями P-типа. Он обеспечивает протекание тока от эмиттера к коллектору при подаче небольшого тока на базовый вывод.

II. Полевой транзистор (FET):

a. Полевой транзистор с переходом (JFET): JFET имеют канал, изготовленный из полупроводникового материала N-типа или P-типа, и затвор, который управляет током, проходящим через канал.

b. Металлооксидно-полупроводниковый транзистор (МОП-транзистор): МОП-транзисторы, наиболее распространенный тип ФЭТ, имеют металлический затвор, изолированный от полупроводникового канала оксидным слоем. МОП-транзисторы также подразделяются на:

i. МОП-транзистор с улучшенным режимом работы: Требуется положительное напряжение на затворе для создания проводящего канала между истоком и стоком.

ii. МОП-транзистор с режимом обеднения: По умолчанию работает с проводящим каналом и требует отрицательного напряжения на затворе, чтобы выключить его.

III. Транзистор Дарлингтона: Состоящие из двух BJT, соединенных в определенной конфигурации для обеспечения высокого коэффициента усиления тока, транзисторы Дарлингтона используются в приложениях, требующих значительного усиления тока.

IV. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT): IGBT - это гибрид MOSFET и BJT, сочетающий высокий входной импеданс MOSFET с высокой способностью BJT выдерживать ток. Они находят широкое применение в мощных приложениях, таких как приводы двигателей и силовые инверторы.

V. Фототранзистор: Этот светочувствительный транзистор работает в зависимости от количества падающего света на его базу. Когда свет падает на базу, он позволяет большему току течь от коллектора к эмиттеру.

VI. Однопереходный транзистор (UJT): UJT - это тип тиристора, который демонстрирует уникальное поведение, создавая релаксационную осцилляторную форму волны. Они в основном используются в схемах синхронизации и запуска.

Операционный усилитель

Операционный усилитель, широко известный как оп-амп, - это очень универсальный и широко используемый электронный компонент, способный выполнять различные математические операции и функции усиления. Функционируя как усилитель с высоким коэффициентом усиления, прямой связью, дифференциальными входами и одним выходом, операционный усилитель играет ключевую роль в разнообразных электронных приложениях. Его широкое применение объясняется исключительной производительностью и надежностью при выполнении точных математических расчетов и задач усиления в электронных схемах.

Символ

Электронный компонент Символ операционного усилителя

Применение в печатных платах

  • Усиление сигнала: Опе-амперы используются для усиления слабых сигналов от датчиков, преобразователей и других источников до уровня, пригодного для дальнейшей обработки или измерения.
  • Математические операции: Выполняйте математические операции, такие как сложение, вычитание, интегрирование и дифференцирование. Эта способность оказывается ценной при обработке сигналов, фильтрации и в системах управления.
  • Последователь напряжения (буфер): Сконфигурированные как последователи напряжения, оп-ампы обеспечивают единичный коэффициент усиления (коэффициент усиления 1) и используются для изоляции цепей с различным уровнем импеданса.
  • Активные фильтры: Опе-амперы, используемые в сочетании с пассивными компонентами, облегчают создание активных фильтров, которые обладают улучшенными характеристиками и гибкостью по сравнению с пассивными фильтрами.
  • Осцилляторы и генераторы сигналов: Применяется в схемах генераторов, генерируя периодические формы волн для различных приложений.
  • Сравнения: Используя опорное напряжение, оп-ампы могут работать как компараторы напряжения, обеспечивая цифровой выход на основе сравнения входных сигналов.
  • Системы управления с обратной связью: Играют важную роль в системах управления с обратной связью, обеспечивая усиление и коррекцию ошибок для поддержания стабильности и точности системы.

Интегральные микросхемы

Также называемые микросхемами или чипами, они представляют собой миниатюрные электронные схемы, содержащие множество взаимосвязанных электронных компонентов и транзисторов на одной полупроводниковой подложке. Их широкое применение в электронных устройствах обусловлено их компактными размерами, низким энергопотреблением и исключительной надежностью.

Типы ИС

  • Аналоговая интегральная схема: Работают с непрерывными сигналами и выполняют такие функции, как усиление, фильтрация, регулировка напряжения и формирование сигнала. Примерами могут служить операционные усилители (op-amps), регуляторы напряжения и аудиоусилители.
  • Цифровая интегральная схема: Обрабатывают дискретные сигналы (0 и 1) и используются в цифровых логических схемах, микропроцессорах, микроконтроллерах и устройствах памяти, таких как ОЗУ и ПЗУ.
  • Смешанные сигнальные интегральные схемы: Сочетают в себе аналоговые и цифровые схемы, позволяя обрабатывать как непрерывные, так и дискретные сигналы в одном чипе. Области применения включают аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП).
  • Field-Programmable Gate Array (FPGA): Пользователи могут конфигурировать для реализации пользовательских цифровых логических схем. Они обеспечивают гибкость и возможность реконфигурации, что делает их подходящими для создания прототипов и быстрой разработки цифровых систем.
  • Интегральная схема памяти: Храните данные и программный код для использования в различных устройствах. Примеры: RAM (Random Access Memory), ROM (Read-Only Memory), флэш-память и EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory).
  • Цифровой сигнальный процессор (DSP): Оптимизирован для задач цифровой обработки сигналов, таких как обработка аудио и видео, коммуникации и работа с изображениями.
  • Радиочастотная интегральная схема (RFIC): Предназначены для беспроводных коммуникационных приложений и включают в себя такие компоненты, как радиочастотные усилители, смесители и генераторы.

Пример

IC NO.ТипПримеры
LM741АналогОперационный усилитель
LM317АналогРегулируемый регулятор напряжения
NE5532АналогДвойной малошумящий ОУ-ампер
LM386АналогАудио усилитель мощности
AD620АналогПриборный усилитель
74HC00ЦифровойЧетыре 2-входовых NAND-затвора
555ЦифровойИС таймера
74LS138ЦифровойДекодер 3 в 8
74LS164Цифровой8-битный регистр сдвига с последовательным входом/параллельным выходом
CD4017ЦифровойДесятичный счетчик/делитель
ADC0804Смешанные сигналы8-битный аналого-цифровой преобразователь
DAC0808Смешанные сигналы8-битный цифро-аналоговый преобразователь
MAX232Смешанные сигналыТрансивер RS-232
MCP3008Смешанные сигналы8-канальный 10-битный АЦП
Xilinx Spartan-6FPGAXilinx Spartan-6
Altera Cyclone IVFPGAAltera (Intel) Cyclone IV
Lattice iCE40FPGALattice iCE40
74LS189Память4-битная память с произвольным доступом
27C256Память32 КБ EPROM
25LC512Память64KB SPI EEPROM
AT29C256ПамятьФлэш-память 32 КБ
Texas Instruments TMS320C6748DSPTexas Instruments TMS320C6748
Analog Devices ADSP-21489DSPAnalog Devices ADSP-21489
NXP (Freescale) DSP56858DSPNXP (Freescale) DSP56858
MAX2606RFICFM-передатчик
AD8361RFICДетектор среднеквадратичных значений радиочастот
HMC980LP4ERFICРадиочастотный усилитель мощности

FAQ по электронным компонентам

И хотя FS Technology не является магазином электронных компонентов как таковым, мы предоставляем услуги по закупке компонентов для бизнеса. Используя наш опыт в Услуги по сборке печатных платМы заключили альянсы с крупными брендами, чтобы обеспечить поставки высококачественных компонентов по сниженным ценам.

Если Вы хотите приобрести компоненты самостоятельно, FS Technology рекомендует наших партнеров: Digi-Key, Mouser, RS Components, Element14 и Future Electronics. Это авторитетные магазины электронных компонентов, которым Вы можете доверять.

Значения и параметры компонентов относятся к значениям резисторов, конденсаторов и т.д., которые очень важны для проектирования ширины трассы цепи, и Вы можете найти их на самом компоненте или на упаковке.

Выбирайте, исходя из требований к дизайну проекта и простоты сборки. После того, как Ваш проект будет завершен, отправьте файлы проекта в компанию, занимающуюся производством PCBA. Они рассмотрят файлы и подтвердят, есть ли у них возможность предоставить Услуги по сборке печатных плат для вас.

Диапазон рабочих температур обычно указывается в его техническом паспорте. Убедитесь, что компонент используется в пределах указанного диапазона, чтобы избежать перегрузки компонента, которая может привести к короткому замыканию или даже повреждению печатной платы.

Это относится к явлению, когда статическое электричество попадает на электронные компоненты. Даже малейший статический разряд может привести к повреждению электронных компонентов. Чтобы предотвратить это, производственные предприятия часто применяют ряд антистатических мер.

Мы будем рады услышать от Вас