Basit baskılı devre kartlarına indüktör montajı. Coil32 - İnce Film Baskılı Bobin. IC güç ayırma

Birçok devre elemanı yazdırılarak yazdırılabilir: dirençler, kapasitörler, indüktörler, çok dönüşlü transformatör ve bobin bobinleri, anahtarlar ve fiş konektörleri.

Baskılı dirençler, kartın yüzeyine ince vernik filmler uygulanarak yapılır.

Konfigürasyonları (Şekil 35, a) çok çeşitlidir ve mekanik mukavemet ve ısı transfer koşullarının sağlanması olasılığına bağlıdır. Bir kavisli iletken karbon veya metal tabakadan ve iletken elemanın yüzeyi üzerinde kayan bir kontak kaydırıcıdan oluşan değişken dirençler de baskılı olarak yapılır. Basılan direncin direnç değeri, süspansiyonun bileşimine, desenin şekline ve filmin kalınlığına bağlıdır.

SZ-4 tipi film kompozit dirençler yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu dirençler doğrudan mikro kartın yüzeyinde yapılır. -60 ila + 125 ° C sıcaklık aralığında kullanılabilirler ve mikro dirençler tarafından harcanan güç 0,25 W'ı geçmez.

Baskılı kapasitörler, yalıtım tabanının her iki tarafına iki iletken plaka uygulanarak yapılır (Şekil 35, b). Bir kapasitörün kapasitansı, plakalarının alanı ve dielektrik (tahta) kalınlığı ile belirlenir. İncirde. Şekil 35, c, stator plakasının doğrudan kartın yalıtkan tabanına uygulandığı ve rotor plakasının, plakanın düzlemine paralel bir eksen etrafında dönebilen bir seramik diske uygulandığı yarı enine baskılı bir kondansatörü göstermektedir. kurulu, kapasitans değerini değiştirerek. Seramik malzemelerin kullanılması, birimlerden birkaç yüz pikofarada ve 100 V veya daha fazla çalışma voltajına sahip kararlı kapasitörler elde etmeyi mümkün kılar.

Basılı indüktörler (Şekil 35, d), tahtaya uygulanan yuvarlak, oval, kare veya başka bir şekle sahip düz spiral metalize çizgiler şeklinde yapılır. Bu tür bobinlerin endüktansının değeri, bobinin dönüş sayısına, aralarındaki mesafeye ve çaplarına bağlıdır. Basılı bobinlerin endüktansını arttırmak için, çok katmanlı yapılırlar, bir bobin diğerinden yalıtkan bir vernik tabakası ile ayrılır ve bobinlerin uçları birbirine seri olarak bağlanır. Bazı durumlarda, spiralin merkezine manyetodielektrik çekirdekler yerleştirilerek veya bobin alanına bir manyetik boya tabakası uygulanarak endüktansta bir artış sağlanır. Değişken endüktans, hareket ettirilebilen baskılı bobinin üzerine bir bakır veya alüminyum plakanın monte edildiği baskılı devrelerde de oluşturulabilir.

Bobinlerin kalite faktörünü arttırmak için üzerlerine 20 ... 50 mikron kalınlığında bir gümüş tabaka elektroliz edilir.

Baskılı transformatörler ve bobinler, floroplastik, vernikli kumaş, fırınlanmış kağıt veya diğer yalıtkan malzemelerden yapılmış esnek bir tabana ayrı ayrı spiral bobinler uygulanarak yapılır. Baskılı sargılar birbirine seri olarak bağlanır ve özel bir kutuya yerleştirilir veya plastik bir kılıf içine preslenir.

Baskılı anahtarlar ve konektörler, doğrudan telsizin baskılı devre kartında veya ayrı kartlarda üretilebilir. En yüksek karmaşıklıkta bile basılı bir anahtar, diğer herhangi bir üretim yönteminden daha ucuzdur. Basılı anahtarın kontaklarının aşınmaya karşı direncini arttırmak için, birkaç yüz bin anahtarlamaya kadar operasyonda güvenilirlik sağlayan gümüş ile kaplanmıştır. Daha fazla dayanıklılık sağlamak için, anahtarların bakır kontakları, 6 ... 10 mikron kalınlığında bir rodyum tabakası ile kaplanmıştır.

Gerekirse, desenin yüzeyine bir yalıtım verniği tabakası uygulanarak, ardından bir manyetik malzeme tabakası ile kaplanacak olan baskılı elemanlar taranır. İletkenlerin koruması katı değil, ağ veya yuva benzeridir.

Baskılı devre kartlarının üretimi için "Demir-lazer" teknolojisi(ULT) kelimenin tam anlamıyla birkaç yıl içinde radyo amatör çevrelerinde geniş çapta yayıldı ve yeterince yüksek kalitede baskılı devre kartları elde etmenizi sağlar. Elle çizilmiş PCB'ler zaman alıcıdır ve hatasızdır.

Yüksek frekanslı devreler için basılı indüktörlerin imalatında model doğruluğu için özel gereksinimler uygulanır. Bobin iletkenlerinin kenarları, kalite faktörlerini etkilediği için mümkün olduğunca düz olmalıdır. Çok turlu bir spiral bobinin manuel çizimini yapmak çok problemlidir ve burada ULT'nin söz hakkı olabilir.

Pirinç. 1

Pirinç. 2

Yani her şey yolunda. SPRINT-LAYOUT bilgisayar programını, örneğin sürüm 5.0'ı başlatıyoruz. Program ayarlarına yükleyin:

Koordinat ızgara ölçeği - 1,25 mm;

Çizgi genişliği - 0,8 mm;

Kart boyutları - 42,5x42,5 mm;

"Yamanın" dış çapı 1,5 mm'dir;

"Yamadaki" delik çapı 0,5 mm'dir.

Tahtanın merkezini bulun ve bir bobin iletken şablonu çizin (Şekil 1)CONDUCTOR aracını kullanarak koordinat ızgarası boyunca, bobini istenen yönde bükün (şablon için bir ayna görüntüsü gerekir, ancak daha sonra yazdırırken elde edilebilir). Bobinin başında ve sonunda, bobini devre elemanlarına bağlamak için bir “patch” koyuyoruz.

Baskı ayarlarında, yaprak başına baskı sayısını, baskılar arasındaki mesafeyi ve gerekirse makarayı diğer yönde “bükün”, resmin ayna baskısını belirleriz. Yazıcı ayarlarında yazdırırken maksimum toner kaynağını ayarlayarak düz kağıda veya özel filme yazdırmalısınız.

Ardından, standart ULT'yi takip ediyoruz. Folyo kaplı cam elyafı hazırlıyoruz, folyonun yüzeyini temizliyoruz ve örneğin asetonla yağdan arındırıyoruz. Tonerli şablonu folyoya uygularız ve toner folyoya sıkıca yapışana kadar sıcak ütüyle bir yaprak kağıttan ütüleriz.

Bundan sonra, musluktan akan su altında (soğuk veya oda sıcaklığı) kağıdı ıslatır ve toneri tahtanın folyosunda bırakarak “makaralar” ile dikkatlice çıkarırız. Tahtayı aşındırır ve ardından toneri örneğin aseton gibi bir solvent ile çıkarırız. Kartta net, yüksek kaliteli “baskılı” bir indüktör iletkeni kalır.

ULT'ye göre spiral dönüşlü baskılı bobinler biraz daha düşük kalitede çıkıyor. Buradaki nokta görüntü piksellerinin kare şeklidir, bu nedenle spiral bobin iletkeninin kenarları pürüzlüdür. Doğru, bu düzensizlikler oldukça küçüktür ve genel olarak bobinin kalitesi manuel uygulamadan daha yüksektir.

SPRINT-LAYOUT sürüm 5.0'ı yeniden açın. Araç kutusunda, ÖZEL FORM - çokgenler ve spiraller çizmek için bir araç seçin. SPİRAL sekmesini seçin. Düzenlemek:

Başlangıç ​​yarıçapı (BAŞLANGIÇ YARIÇAPI) -2 mm;

Dönüşler arasındaki mesafe (MESAFE) -1.5 mm;

İletken genişliği (PARÇA GENİŞLİĞİ) -0.8 mm;

Dönüş sayısı (DÖNÜŞLER), örneğin, - 20.

Böyle bir bobin tarafından işgal edilen levhanın boyutu 65x65 mm'dir (Şekil 2).

Basılı bobinler genellikle küçük kapasitörler kullanılarak bant geçiren filtrelerde (BPF) birleştirilir. Bununla birlikte, bobinlerin düzlemleri arasındaki mesafeyi değiştirerek veya birini diğerine göre eksantrik olarak döndürerek derecesi değiştirilebilen endüktif kuplajları da mümkündür. Bobinlerin birbirine göre sabit montajı yapılabilir.

dielektrik payandalar kullanın.

Bobinlerin endüktansının ayarlanması, dönüşleri kapatarak, basılı iletkeni kırarak veya kısmen çıkararak yapılabilir. Bu, döngü ayarlama frekansını artıracaktır. Frekans azaltma, dönüşler arasında küçük SMD tipi kapasitörlerin lehimlenmesiyle sağlanabilir.

Menderes, düz ve kavisli hatlar, tarak filtreler vb. şeklinde VHF bobinlerin imalatı. ULT kullanımı da nihai ürüne zarafet katar ve kural olarak Q faktörünü arttırır (baskılı iletkenlerin “pürüzsüz” kenarları nedeniyle). Bununla birlikte, üretim sırasında, ürünün kalitesini hatırlamanız gerekir. artan frekansla yalıtkanlık özelliğini kaybeden substrat malzemesi (fiberglas) Eşdeğer devrelerde, dielektrik kayıp direnci basılı bobinlere paralel bağlanmalıdır ve bu direnç ne kadar düşük olursa, çalışma frekansı o kadar yüksek ve o kadar kötü olur. dielektrik kalitesi.

Pratikte, folyo kaplı cam elyaf laminat, 2 metrelik menzile kadar (yaklaşık 150 MHz'e kadar) baskılı rezonans devrelerinin üretimi için tamamen kullanılabilir. 70 cm aralığında (yaklaşık 470 ... 500 MHz'e kadar) özel yüksek frekanslı fiberglas sınıfları kullanılabilir. Daha yüksek frekanslarda folyo kaplı RF floroplastik (Teflon), seramik veya cam kullanılmalıdır.

Basılı indüktör, bir yandan folyonun küçük kalınlığı nedeniyle elde edilen dönüşler arası kapasitanstaki azalma ve diğer yandan bobinin "sarımının" adımı nedeniyle artan bir Q faktörüne sahiptir. Kendi düzleminde baskılı bobinin etrafındaki kapalı bir topraklanmış folyo çerçevesi, diğer bobinlerden ve baskılı iletkenlerden bir kalkan görevi görür, ancak çevresi düşük RF voltajı altındaysa (ortak bir tele bağlı), bobinin parametreleri üzerinde çok az etkisi vardır, ve merkez yüksek voltaj altındadır.

Edebiyat

1.G. Panasenko. Baskı bobinlerinin imalatı. - Radyo, 1987, No. 5, S.62.

Çift taraflı PCB'ler, tüm avantajlarına rağmen, özellikle küçük sinyal veya yüksek hızlı devreler için en iyisi değildir. Genel olarak, baskılı devre kartının kalınlığı, yani. katlar arasındaki boşluk 1,5 mm'dir ve bu, yukarıdaki çift katmanlı PCB'nin bazı avantajlarını tam olarak gerçekleştirmek için çok fazladır. Örneğin tahsis edilen kapasite, bu kadar geniş bir aralık nedeniyle çok küçüktür.

Çok katmanlı PCB'ler

Kritik devre tasarımı için çok katmanlı baskılı devre kartları (MPP'ler) gereklidir. Kullanımlarının bazı nedenleri açıktır:

• ortak kablo veriyolu ile aynı uygun, güç veri yolu düzeni; güç busları olarak ayrı bir katmandaki çokgenler kullanılıyorsa, devrenin her bir elemanına vias kullanarak güç beslemesi yapmak oldukça basittir.
• sinyal katmanları güç raylarından kurtulur, bu da sinyal kablolamasını kolaylaştırır
• zemin ve güç poligonları arasında yüksek frekanslı gürültüyü azaltan dağıtılmış bir kapasitans belirir

Çok katmanlı baskılı devre kartlarının kullanılmasının bu nedenlere ek olarak, daha az belirgin olan başka nedenler de vardır:

• elektromanyetikin daha iyi bastırılması ( EMI) ve radyo frekansı ( RFI) yansıma etkisinden kaynaklanan girişim ( görüntü düzlemi efekti), Marconi günlerinde biliniyordu. Bir iletken düz bir iletken yüzeye yakın yerleştirildiğinde, yüksek frekanslı geri dönüş akımlarının çoğu doğrudan iletkenin altındaki düzlemde akacaktır. Bu akımların yönü, iletkendeki akımların yönüne zıt olacaktır. Böylece iletkenin düzlemdeki yansıması bir sinyal iletim hattı oluşturur. İletkendeki ve düzlemdeki akımlar büyüklük olarak eşit ve zıt yönlerde olduğundan, yayılan bozulmalarda bir miktar azalma meydana gelir. Yansıma etkisi, yalnızca kırılmayan katı çokgenlerle etkin bir şekilde çalışır (bunlar hem zemin çokgenleri hem de yeniden yükleme çokgenleri olabilir). Herhangi bir bütünlük ihlali, girişim reddinin azalmasına neden olur.
• küçük parti üretimi için daha düşük toplam maliyet. Çok katmanlı PCB'lerin üretimi daha pahalı olmasına rağmen, potansiyel radyasyonları tek ve çift katmanlı PCB'lerden daha azdır. Sonuç olarak, bazı durumlarda, yalnızca çok katmanlı levhaların kullanılması, geliştirme sırasında belirlenen emisyon gereksinimlerinin karşılanmasına ve ek testler ve testlerin yapılmasına izin vermeyecektir. MPP kullanımı, çift katmanlı levhalara kıyasla yayılan parazit seviyesini 20 dB azaltabilir.

Katman sırası

Deneyimsiz geliştiriciler genellikle PCB'nin katmanlarının optimal sırası hakkında kafa karışıklığına sahiptir. Örneğin, iki sinyal katmanı ve iki poligon katmanı - zemin katmanı ve güç katmanı içeren 4 katmanlı bir koğuş alın. En iyi katman sırası nedir? Kalkan görevi görecek çokgenler arasındaki sinyal katmanları? Veya sinyal katmanı girişimini azaltmak için çokgen katmanları dahili yapmak mı?

Bu sorunu çözerken, bileşenler zaten dış katmanlarda yer aldığından ve pinlerine sinyal sağlayan veriyollarının bazen tüm katmanlardan geçtiği için genellikle katmanların konumunun gerçekten önemli olmadığını hatırlamak önemlidir. Bu nedenle, herhangi bir ekran efekti yalnızca bir uzlaşmadır. Bu durumda, güç ve zemin çokgenleri arasında büyük bir dağıtılmış kapasite oluşturmaya ve onları iç katmanlara yerleştirmeye özen göstermek daha iyidir.

Sinyal katmanlarını dışarıya yerleştirmenin bir başka avantajı, test için sinyallerin mevcudiyetinin yanı sıra bağlantıları değiştirme yeteneğidir. İç katmanlarda bulunan iletkenlerin bağlantılarını değiştiren herkes bu olasılığı takdir edecektir.

Dörtten fazla katmanı olan PCB'ler için, yüksek hızlı sinyal kablolarını toprak ve güç hatları arasına ve düşük frekanslı kabloları dış katmanlara yerleştirmek için genel bir kural vardır.

topraklama

İyi topraklama, zengin, katmanlı bir sistem için ortak bir gereksinimdir. Ve ilk tasarım adımından itibaren planlanmalıdır.

Temel kural: arazinin bölünmesi.

Zemini analog ve dijital parçalara bölmek, gürültü bastırmanın en basit ve en etkili yöntemlerinden biridir. Çok katmanlı bir PCB'nin bir veya daha fazla katmanı genellikle bir zemin düzlemleri katmanına atanır. Geliştirici çok deneyimli veya dikkatsiz değilse, analog kısmın zemini doğrudan bu çokgenlere bağlanacaktır, yani. analog akım dönüşü, dijital dönüş akımı ile aynı devreyi kullanacaktır. Oto simsarları hemen hemen aynı şekilde çalışır ve tüm arazileri birleştirir.

Analog ve dijital toprakları birleştiren tek bir toprak düzlemine sahip daha önce geliştirilmiş bir baskılı devre kartı işleme tabi tutulursa, önce kart üzerindeki toprakları fiziksel olarak ayırmanız gerekir (bu işlemden sonra kartın çalışması neredeyse imkansız hale gelir). Bundan sonra tüm bağlantılar analog devre bileşenlerinin analog toprak düzlemine (bir analog topraklama oluşturulur) ve sayısal devre bileşenlerinin sayısal topraklama düzlemine (dijital bir topraklama oluşturulur) yapılır. Ve ancak bundan sonra, dijital ve analog toprak kaynakta birleştirilir.

Arazi oluşumu için diğer kurallar:

Neredeyse tüm saat sinyalleri, izler ve çokgenler arasındaki küçük kapasitansların bile önemli bağlantılar oluşturabileceği kadar yüksek frekanslı sinyallerdir. Soruna yalnızca temel saat frekansının değil, aynı zamanda yüksek harmoniklerinin de neden olabileceği unutulmamalıdır.

Şekil 4, güç kaynağı da dahil olmak üzere kart üzerindeki tüm bileşenlerin olası yerleşimini göstermektedir. Üç ayrı ve izole edilmiş toprak/güç poligonu kullanır: biri kaynak için, biri dijital için ve biri analog için. Analog ve dijital parçaların topraklama ve güç devreleri yalnızca güç kaynağında birleştirilir. Yüksek frekanslı gürültü, besleme devrelerinde bobinler tarafından filtrelenir. Bu örnekte, analog ve dijital bölümlerin yüksek frekanslı sinyalleri birbirinden ayrılmıştır. Bu tasarımın, bileşenlerin iyi yerleştirilmesi ve devreleri ayırma kurallarına uyulması nedeniyle olumlu bir sonuç alma olasılığı çok yüksektir.

Analog ve dijital sinyallerin bir analog zemin poligonu üzerinde birleştirilmesi gereken tek bir durum vardır. A / D ve D / A dönüştürücüler, analog ve dijital topraklama pimli muhafazalara yerleştirilmiştir. Önceki değerlendirmelere dayanarak, dijital topraklama piminin ve analog topraklama piminin sırasıyla dijital ve analog topraklama buslarına bağlanması gerektiği varsayılabilir. Ancak, bu durumda bu doğru değil.

Pin adları (analog veya dijital) yalnızca dönüştürücünün iç yapısına, iç bağlantılarına atıfta bulunur. Devrede bu pinler analog toprak barasına bağlanmalıdır. Bağlantı entegre devre içinde de yapılabilir, ancak topolojik kısıtlamalar nedeniyle böyle bir bağlantının düşük direncini elde etmek oldukça zordur. Bu nedenle dönüştürücüler kullanılırken analog ve dijital topraklama pinlerinin harici bağlantısı olduğu varsayılır. Bu yapılmazsa, mikro devrenin parametreleri spesifikasyonda verilenlerden çok daha kötü olacaktır.

Dönüştürücünün dijital elemanlarının, analog toprak ve analog güç devrelerinde dijital gürültü oluşturarak devrenin kalite özelliklerini bozabileceği akılda tutulmalıdır. Dönüştürücüler tasarlanırken, bu olumsuz etki dikkate alınır, böylece dijital parça mümkün olduğunca az güç tüketir. Aynı zamanda, anahtarlamalı mantık elemanlarından kaynaklanan parazitler de azaltılır. Dönüştürücünün dijital pinleri aşırı yüklenmemişse, dahili anahtarlama genellikle sorun olmaz. Bir ADC veya DAC içeren bir baskılı devre kartı tasarlarken, dijital dönüştürücü güç kaynağını analog toprağa ayırmaya uygun şekilde dikkat edilmelidir.

Pasif bileşenlerin frekans özellikleri

Analog devrelerin doğru çalışması için pasif bileşenlerin doğru seçimi esastır. Pasif bileşenlerin RF özelliklerini dikkatlice göz önünde bulundurarak ve bunları pano taslağı üzerinde önceden konumlandırarak ve düzenleyerek tasarımınıza başlayın.

Çok sayıda tasarımcı, analog devrelerde kullanıldığında pasif bileşenlerin frekans kısıtlamalarını tamamen görmezden gelir. Bu bileşenlerin sınırlı frekans aralıkları vardır ve belirtilen frekans alanının dışında çalışmak öngörülemeyen sonuçlara yol açabilir. Bu tartışmanın sadece yüksek hızlı analog devreler için olduğu düşünülebilir. Bununla birlikte, bu durumdan çok uzaktır - yüksek frekanslı sinyaller, düşük frekanslı devrelerin pasif bileşenlerini radyasyon veya iletkenler aracılığıyla doğrudan iletişim yoluyla güçlü bir şekilde etkiler. Örneğin, bir op-amp üzerindeki basit bir düşük geçişli filtre, girişi yüksek frekanslı olduğunda kolayca yüksek geçişli bir filtreye dönüşebilir.

dirençler

Dirençlerin yüksek frekans karakteristikleri Şekil 5'te gösterilen eşdeğer devre ile gösterilebilir.

Üç tip direnç yaygın olarak kullanılır: 1) tel sargılı, 2) karbon kompozit ve 3) film. Tel sargılı bir direncin endüktansa nasıl dönüştürülebileceğini anlamak çok fazla hayal gücü gerektirmez, çünkü yüksek dirençli metal telli bir bobindir. Çoğu elektronik cihaz tasarımcısı, aynı zamanda metal filmden yapılmış bir bobin olan film dirençlerinin iç yapısı hakkında hiçbir fikre sahip değildir. Bu nedenle, film dirençleri ayrıca tel sargılı dirençlerinkinden daha düşük bir endüktansa sahiptir. Direnci 2 kOhm'dan az olan film dirençleri, yüksek frekanslı devrelerde serbestçe kullanılabilir. Direnç uçları birbirine paraleldir, bu nedenle aralarında gözle görülür bir kapasitif bağlantı vardır. Yüksek dirençli dirençler için uçtan uca kapasitans, yüksek frekanslarda toplam empedansı azaltacaktır.

kapasitörler

Kondansatörlerin yüksek frekans karakteristikleri Şekil 6'da gösterilen eşdeğer devre ile gösterilebilir.

Analog devrelerde kapasitörler, ayrıştırma ve filtreleme bileşenleri olarak kullanılır. İdeal bir kapasitör için reaktans aşağıdaki formülle belirlenir:

Bu nedenle, 10 μF'lik bir elektrolitik kapasitör, 10 kHz'de 1,6 ohm ve 100 MHz'de 160 μΩ dirence sahip olacaktır. Öyle mi?

Elektrolitik kapasitörler kullanırken bağlantıların doğru olduğundan emin olun. Pozitif terminal, daha pozitif bir DC potansiyeline bağlanmalıdır. Yanlış bağlantı, elektrolitik kapasitörden akan bir DC akımına yol açar, bu da sadece kapasitörün kendisine değil, aynı zamanda devrenin bir kısmına da zarar verebilir.

Nadir durumlarda, devredeki iki nokta arasındaki DC potansiyel farkı işaretini değiştirebilir. Bu, iç yapısı seri bağlı iki kutuplu kapasitöre eşdeğer olan polar olmayan elektrolitik kapasitörlerin kullanılmasını gerektirir.

İndüktans

İndüktörlerin yüksek frekans karakteristikleri, Şekil 7'de gösterilen eşdeğer devre ile temsil edilebilir.

Bir indüktörün reaktansı aşağıdaki formülle tanımlanır:

Bu nedenle, 10 mH'lik bir endüktans, 10 kHz frekansta 628 Ω reaktansa ve 100 MHz frekansta 6.28 MΩ dirence sahip olacaktır. Doğru?

Baskılı devre kartının kendisi, çok açık olmasa da, yukarıda tartışılan pasif bileşenlerin özelliklerine sahiptir.

Bir baskılı devre kartı üzerindeki iletkenlerin modeli, hem bir girişim kaynağı hem de bir alıcı olabilir. İyi kablo yönlendirme, analog devrenin kaynak emisyonlarına duyarlılığını azaltır.

Baskılı devre kartı radyasyona karşı hassastır çünkü bileşenlerin iletkenleri ve uçları bir tür anten oluşturur. Anten teorisi, çalışılması gereken karmaşık bir konudur ve bu makalenin kapsamı dışındadır. Ancak, bazı temel bilgiler burada verilmektedir.

Biraz anten teorisi

DC veya düşük frekanslarda aktif bileşen baskındır. Artan frekansla, reaktif bileşen giderek daha önemli hale gelir. 1 kHz ila 10 kHz aralığında, endüktif bileşen etkili olmaya başlar ve iletken artık düşük empedanslı bir konektör değil, bir indüktör görevi görür.

Bir PCB iletkeninin endüktansını hesaplama formülü aşağıdaki gibidir:

Tipik olarak, PCB izleri, uzunluğun santimetresi başına 6 nH ila 12 nH arasında değişir. Örneğin 10 cm'lik bir iletkenin direnci 57 mΩ ve endüktansı 8 nH/cm'dir. 100 kHz'de reaktans 50 mΩ olur ve daha yüksek frekanslarda iletken direnç yerine endüktans olur.

Kırbaç anten kuralı, alanla dalga boyunun yaklaşık 1/20'si uzunluğunda algılanabilir bir şekilde etkileşime girmeye başladığını ve çubuğun dalga boyunun 1/4'üne eşit uzunluğunda maksimum etkileşimin meydana geldiğini belirtir. Dolayısıyla bir önceki paragraftaki örnekteki 10cm tel 150 MHz üzerinde oldukça iyi bir anten olmaya başlayacaktır. Bir dijital devrenin saat üreteci 150 MHz'den daha yüksek bir frekansta çalışmasa da, sinyalinde her zaman daha yüksek harmonikler olduğu unutulmamalıdır. Baskılı devre kartı uzun pinli bileşenler içeriyorsa, bu pinler anten görevi de görebilir.

Diğer bir temel anten türü, döngü antenleridir. Düz bir iletkenin endüktansı, büküldüğünde ve bir arkın parçası olduğunda önemli ölçüde artar. Artan endüktans, antenin alan çizgileri ile etkileşime girmeye başladığı frekansı düşürür.

Döngü anten teorisine oldukça aşina olan deneyimli PCB tasarımcıları, kritik sinyaller için döngüler oluşturamayacağınızı bilirler. Ancak bazı tasarımcılar bunu düşünmezler ve devrelerindeki dönüş ve sinyal iletkenleri döngülerdir. Döngü antenlerinin oluşturulmasını bir örnekle göstermek kolaydır (Şekil 8). Ayrıca oluklu bir antenin nasıl oluşturulacağını da gösterir.

Üç durumu düşünün:

Seçenek A, kötü tasarımın bir örneğidir. Hiç bir analog zemin poligonu kullanmaz. Geri döngü, toprak ve sinyal iletkenleri tarafından oluşturulur. Akım aktığında, ona dik bir elektrik ve manyetik alan ortaya çıkar. Bu alanlar, döngü anteninin tabanını oluşturur. Döngü anten kuralı, maksimum verimlilik için her bir iletkenin uzunluğunun alınan radyasyonun dalga boyunun yarısına eşit olması gerektiğini belirtir. Ancak, dalga boyunun 1/20'sinde bile döngü anteninin hala oldukça verimli olduğu unutulmamalıdır.

Seçenek B, Seçenek A'dan daha iyidir, ancak çokgende, muhtemelen sinyal kabloları için biraz boşluk yaratmak için bir kopukluk vardır. Sinyal ve dönüş akımı yolları bir yuva anteni oluşturur. Mikro devrelerin etrafındaki oyuklarda diğer halkalar oluşur.

Seçenek B, daha iyi bir tasarım örneğidir. Sinyal ve dönüş akımı yolları çakışır ve döngü anteninin etkinliğini ortadan kaldırır. Bu seçeneğin çiplerin çevresinde de kesikler olduğunu, ancak bunların dönüş akımı yolundan ayrı olduğunu unutmayın.

Sinyal yansıması ve eşleştirme teorisi, anten teorisine yakındır.

PCB iletkeni 90° döndürüldüğünde sinyal yansıması oluşabilir. Bu, esas olarak mevcut yolun genişliğindeki bir değişiklikten kaynaklanmaktadır. Köşenin tepesinde, iz genişliği 1.414 kat artar, bu da iletim hattının özelliklerinde, özellikle de izin dağıtılmış kapasitansı ve öz endüktansında bir uyumsuzluğa yol açar. Sıklıkla PCB üzerindeki izi 90 ° döndürmek gerekir. Birçok modern CAD paketi, çizilen yolların köşelerini düzleştirmenize veya yolları bir yay şeklinde çizmenize olanak tanır. Şekil 9, bir köşenin şeklini iyileştirmeye yönelik iki adımı göstermektedir. Yalnızca son örnek, sabit bir iz genişliğini korur ve yansımaları en aza indirir.

Deneyimli PCB planlayıcıları için bir ipucu: Kenar yumuşatma prosedürünü, pimler ve dökme çokgenleri oluşturmadan önce işin son adımına bırakın. Aksi takdirde, daha karmaşık hesaplamalar nedeniyle CAD paketinin düzgün hale gelmesi daha uzun sürecektir.

Farklı katmanlardaki bir PCB üzerindeki iletkenler kesiştiğinde kapasitif bir bağlantı oluşur. Bu bazen sorun yaratabilir. Bitişik katmanlar üzerine yığılmış iletkenler, uzun bir film kapasitör oluşturur. Böyle bir kapasitörün kapasitesi, Şekil 10'da gösterilen formül kullanılarak hesaplanır.

Örneğin, bir baskılı devre kartı aşağıdaki parametrelere sahip olabilir:

• 4 katman; sinyal ve zemin çokgen katmanı - bitişik
• ara katman aralığı - 0,2 mm
• iletken genişliği - 0,75 mm
• iletken uzunluğu - 7,5 mm

FR-4 için tipik ER 4.5'tir.

Op-amp frekans aralığının üst sınırına yakın frekanslarda çıkış sinyalinin genliğinin iki katına çıktığı görülebilir. Bu da, özellikle anten çalışma frekanslarında (180 MHz'in üzerinde) kalıcılığa yol açabilir.

Bu etki, yine de birçok yolu olan sayısız soruna yol açar. Bunlardan en belirgin olanı iletkenlerin boyunun kısaltılmasıdır. Başka bir yol, genişliklerini azaltmaktır. Dönüştürücü girişe bir sinyal bağlamak için bu genişlikte bir iletken kullanmak için hiçbir neden yoktur, çünkü bu iletkenden çok az akım geçer. İz uzunluğunun 2,5 mm'ye ve genişliğin 0,2 mm'ye düşürülmesi, kapasitansta 0,1 pF'ye bir azalmaya yol açacaktır ve böyle bir kapasitans artık frekans yanıtında bu kadar önemli bir artışa yol açmayacaktır. Başka bir çözüm, çokgenin evirici girişin altındaki kısmını ve ona giden iletkeni çıkarmaktır.

Bir baskılı devre kartının iletkenlerinin genişliği sonsuza kadar azaltılamaz. Sınırlayıcı genişlik, hem teknolojik süreç hem de folyonun kalınlığı ile belirlenir. İki iletken birbirine yakın geçerse, aralarında kapasitif ve endüktif bir bağlantı oluşur (Şekil 12).

Sinyal kabloları, diferansiyel veya mikroşerit hatlar kablolanmadıkça birbirine paralel olarak döşenmemelidir. İletkenler arasındaki boşluk, iletkenlerin genişliğinin en az üç katı olmalıdır.

Analog devrelerdeki izler arasındaki kapasitans, büyük direnç değerleriyle (birkaç megohm) zor olabilir. Bir op-amp'in evirici ve evirici olmayan girişleri arasındaki nispeten büyük kapasitif bağlantı, devrenin kendi kendine uyarılmasına kolayca yol açabilir.

Örneğin, d = 0,4 mm ve h = 1,5 mm (oldukça yaygın değerler) ile deliğin endüktansı 1,1 nH'dir.

Devrede yüksek dirençler varsa, kartın temizlenmesine özel dikkat gösterilmesi gerektiğini unutmayın. Baskılı devre kartı imalatının son adımlarında artık akı ve kirlilik giderilmelidir. Son zamanlarda, baskılı devre kartlarını monte ederken, suda çözünür akılar sıklıkla kullanılmaktadır. Daha az zararlıdırlar, su ile kolayca çıkarılabilirler. Ancak aynı zamanda, levhayı yeterince temiz su ile yıkamak, dielektrik özelliklerini bozan ek kirlenmeye yol açabilir. Bu nedenle, yüksek empedanslı PCB'yi taze damıtılmış su ile temizlemek çok önemlidir.

Sinyal ayrıştırma

Daha önce belirtildiği gibi, gürültü güç kaynağı devresi yoluyla devrenin analog kısmına girebilir. Bu gürültüyü azaltmak için, besleme raylarının yerel empedansını azaltmak için ayırma (engelleme) kapasitörleri kullanılır.

Üzerinde hem analog hem de dijital parçaların bulunduğu bir baskılı devre kartını ayırmak gerekiyorsa, mantık elemanlarının elektriksel özelliklerini en azından biraz anlamak gerekir.

Bir mantık elemanının tipik bir çıkış aşaması, birbiriyle ve ayrıca besleme ve toprak devreleri arasında seri olarak bağlanmış iki transistör içerir (Şekil 14).

İdeal olarak, bu transistörler kesinlikle antifazda çalışır, yani. bunlardan biri açık olduğunda, ikincisi aynı anda kapanır ve çıktıda ya mantıksal bir birimin sinyalini ya da mantıksal bir sıfırı oluşturur. Kararlı durum mantığında, mantık elemanının güç tüketimi düşüktür.

Çıkış aşaması bir mantık durumundan diğerine geçtiğinde durum önemli ölçüde değişir. Bu durumda, kısa bir süre için, her iki transistör aynı anda açılabilir ve çıkış aşamasının besleme akımı büyük ölçüde artar, çünkü akım yolunun güç rayından toprak rayına giden bölümünün direnci iki yoldan geçer. seri bağlı transistörler azalır. Güç tüketimi aniden artar ve ardından düşer, bu da besleme geriliminde yerel bir değişikliğe ve keskin, kısa süreli bir akım değişikliğinin ortaya çıkmasına neden olur. Akımdaki bu değişiklikler radyo frekansı enerjisinin yayılmasına neden olur. Nispeten basit bir baskılı devre kartında bile, mantık elemanlarının onlarca veya yüzlerce kabul edilen çıktı aşaması olabilir, bu nedenle eşzamanlı çalışmalarının toplam etkisi çok büyük olabilir.

Bu akım dalgalanmalarının yerleştirileceği frekans aralığını doğru bir şekilde tahmin etmek imkansızdır, çünkü bunların meydana gelme sıklığı, mantık elemanı transistörlerinin anahtarlanmasının yayılma gecikmesi de dahil olmak üzere birçok nedene bağlıdır. Gecikme, sırayla, üretim sürecinde ortaya çıkan çeşitli rastgele nedenlere de bağlıdır. Anahtarlama gürültüsü, tüm aralıkta geniş bant harmonik dağılımına sahiptir. Uygulaması gürültünün spektral dağılımına bağlı olan dijital gürültüyü bastırmak için çeşitli yöntemler vardır.

Tablo 2, ortak kapasitör türleri için maksimum çalışma frekanslarını gösterir.

Tablo 2

Tablodan açıkça görülmektedir ki 1 MHz altındaki frekanslar için tantal elektrolitik kapasitörler, daha yüksek frekanslarda ise seramik kapasitörler kullanılmalıdır. Kondansatörlerin kendi rezonanslarına sahip olduğu ve yanlış seçimlerinin sadece yardımcı olmakla kalmayıp aynı zamanda sorunu daha da kötüleştirebileceği unutulmamalıdır. Şekil 15, iki genel amaçlı kapasitörün tipik doğal rezonanslarını gösterir - 10 μF tantal elektrolitik ve 0,01 μF seramik.

Gerçek performans, üreticiden üreticiye ve hatta bir üretici için partiden partiye değişebilir. Bir kapasitörün etkin bir şekilde çalışması için bastırdığı frekansların doğal rezonans frekansından daha düşük bir aralıkta olması gerektiğini anlamak önemlidir. Aksi takdirde, reaktansın doğası endüktif olacak ve kapasitör artık etkin bir şekilde çalışmayacaktır.

Bir 0.1 μF kondansatörün tüm frekansları bastıracağı konusunda hata yapmayın. Küçük kapasitörler (10 nF veya daha az), daha yüksek frekanslarda daha verimli çalışabilir.

IC güç ayırma

Yüksek frekanslı gürültüyü bastırmak için IC güç kaynağının izolasyonu, güç ve topraklama pinleri arasına bağlı bir veya daha fazla kapasitörün kullanılmasından oluşur. Uçları kapasitörlere bağlayan uçların kısa olması önemlidir. Durum böyle değilse, iletkenlerin içsel endüktansı önemli bir rol oynayacak ve dekuplaj kapasitörleri kullanmanın faydalarını ortadan kaldıracaktır.

Muhafazanın içinde kaç tane op amper olursa olsun, her pakete bir dekuplaj kondansatörü bağlanmalıdır, 1, 2 veya 4. Op amp bir bipolar besleme ile besleniyorsa, o zaman dekuplaj kapasitörlerinin yerleştirilmesi gerektiğini söylemeye gerek yok. her güç piminde. Kapasitans değeri, devrede bulunan gürültü ve parazit türüne göre dikkatlice seçilmelidir.

Özellikle zor durumlarda, güç kablosuna seri endüktans eklemek gerekebilir. Endüktans, kapasitörlerden sonra değil, önce yerleştirilmelidir.

Bir başka, daha ucuz yol, endüktansı düşük dirençli bir dirençle (10 ... 100 Ohm) değiştirmektir. Bu durumda, ayırma kapasitörü ile birlikte direnç, alçak geçiren bir filtre oluşturur. Bu yöntem, işlemsel yükselticinin güç kaynağı aralığını azaltır ve bu da güç tüketimine daha fazla bağımlı hale gelir.

Tipik olarak, giriş güç konektöründeki bir veya daha fazla alüminyum veya tantal elektrolitik kapasitör, güç devrelerindeki düşük frekanslı gürültüyü bastırmak için yeterli olabilir. Ek bir seramik kapasitör, diğer kartlardan gelen yüksek frekanslı girişimi bastıracaktır.

Giriş ve çıkış sinyallerinin izolasyonu

Birçok gürültü sorunu, giriş ve çıkış pinlerinin doğrudan bağlanmasının sonucudur. Pasif bileşenlerin yüksek frekans sınırlamasının bir sonucu olarak, devrenin yüksek frekanslı gürültüye tepkisi oldukça tahmin edilemez olabilir.

İndüklenen gürültünün frekans aralığının devrenin frekans aralığından önemli ölçüde farklı olduğu bir durumda, çözüm basit ve açıktır - yüksek frekanslı girişimi bastırmak için pasif bir RC filtresi yerleştirmek. Bununla birlikte, pasif bir filtre kullanırken dikkatli olunmalıdır: özellikleri (pasif bileşenlerin kusurlu frekans özelliklerinden dolayı), kesme frekansından (f 3db) 100 ... 1000 kat daha yüksek frekanslarda özelliklerini kaybeder. Farklı frekans aralıklarına ayarlanmış seri bağlı filtreler kullanıldığında, yüksek geçiren filtre parazit kaynağına en yakın olmalıdır. Gürültüyü bastırmak için ferrit boncuk indüktörler de kullanılabilir; belirli bir frekansa kadar direncin endüktif yapısını korurlar ve dirençlerinin üzerinde aktif hale gelirler.

Analog devreye işaret etmek o kadar büyük olabilir ki, sadece ekranlar kullanılarak onlardan kurtulmak (veya en azından azaltmak) mümkündür. Etkili çalışabilmeleri için, en çok sorun yaratan frekansların devreye giremeyeceği şekilde dikkatlice tasarlanmaları gerekir. Bu, kalkanın korumalı radyasyonun dalga boyunun 1/20'sinden daha büyük açıklıklara veya kesiklere sahip olmaması gerektiği anlamına gelir. PCB tasarımının en başından itibaren amaçlanan ekran için yeterli alan ayırmak iyi bir fikirdir. Bir kalkan kullanırken, devreye tüm bağlantılar için ek olarak ferrit halkalar (veya boncuklar) kullanabilirsiniz.

Operasyonel amplifikatör muhafazaları

Bir paket genellikle bir, iki veya dört işlemsel yükselteç içerir (Şekil 16).

Tek bir op amp genellikle örneğin ofset voltajını ayarlamak için ek girişlere sahiptir. İkili ve dörtlü op amperlerde yalnızca ters çeviren ve ters çevirmeyen giriş ve çıkışlar bulunur. Bu nedenle, ek ayarlamalar yapılması gerekiyorsa, tek işlemsel yükselteçlerin kullanılması gerekir. Ek pinleri kullanırken, yapıları gereği yardımcı girişler olduklarını unutmayın, bu nedenle dikkatli bir şekilde ve üreticinin tavsiyelerine göre kontrol edilmeleri gerekir.

Tek bir op amp'te çıkış, girişlerin karşı tarafında bulunur. Bu, uzun geri besleme iletkenleri nedeniyle amplifikatörün yüksek frekanslarda çalıştırılmasını zorlaştırabilir. Bunun üstesinden gelmenin bir yolu, amplifikatör ve geri besleme bileşenlerini PCB'nin farklı taraflarına yerleştirmektir. Ancak bu, zemin poligonunda en az iki ek delik ve oyukla sonuçlanır. Bazen, ikinci amplifikatör kullanılmasa bile (ve kablolarının doğru şekilde bağlanması gerekir) bu sorunu çözmek için çift op amp kullanmaya değer. Şekil 17, anahtarlamayı tersine çevirmek için geri besleme iletkenlerinin uzunluğundaki azalmayı gösterir.

Çift op amfiler özellikle stereo amplifikatörlerde, dörtlü op amfiler ise çok kademeli filtre devrelerinde kullanılır. Ancak, bu konuda oldukça önemli bir dezavantaj var. Modern teknolojinin, aynı silikon çip üzerinde bulunan amplifikatörlerin sinyalleri arasında iyi bir izolasyon sağlamasına rağmen, aralarında hala bir miktar karışma var. Böyle bir girişimin çok az olması gerekiyorsa, tek işlemsel yükselteçlerin kullanılması gerekir. Çapraz konuşma sadece ikili veya dörtlü amplifikatörlerle ilgili değildir. Kaynakları, farklı kanalların pasif bileşenlerinin çok yakın bir düzenlemesi olabilir.

Yukarıdakilere ek olarak ikiz ve dörtlü op amfiler daha sıkı bir kuruluma izin verir. Bireysel amplifikatörler, birbirine göre yansıtılır (Şekil 18).

Şekil 17 ve 18, örneğin tek kutuplu beslemeye sahip orta seviye bir sürücü gibi normal çalışma için gereken tüm bağlantıları göstermez. Şekil 19, dörtlü bir amplifikatör kullanırken böyle bir sürücünün şemasını göstermektedir.

Diyagram, üç bağımsız evirme aşamasının uygulanması için gerekli tüm bağlantıları gösterir. Yarım voltaj sürücüsünün iletkenlerinin, uzunluklarını azaltmayı mümkün kılan doğrudan entegre devre muhafazasının altına yerleştirildiğine dikkat etmek gerekir. Bu örnek, nasıl olması gerektiğini değil, ne yapılması gerektiğini göstermektedir. Örneğin orta seviye voltajı, dört amplifikatörün tümü için aynı olabilir. Pasif bileşenler uygun şekilde boyutlandırılabilir. Örneğin, 0402 boyutundaki düzlemsel bileşenler, standart bir SO paketinin pim aralığına karşılık gelir. Bu, yüksek frekanslı uygulamalar için iletkenlerin uzunluğunun çok kısa tutulmasını sağlar.

Op amp'leri DIP paketlerine ve kablo uçlu pasif bileşenlere yerleştirirken, PCB bunları monte etmek için viyollara ihtiyaç duyar. Bu tür bileşenler, şu anda baskılı devre kartının boyutları için özel bir gereklilik olmadığında kullanılmaktadır; Genellikle daha ucuzdurlar, ancak bileşen uçları için ek deliklerin delinmesi nedeniyle üretim süreci sırasında PCB'nin maliyeti artar.

Ayrıca harici bileşenlerin kullanılması, devrenin yüksek frekanslarda çalışmasına izin vermeyen, kartın boyutunu ve iletkenlerin uzunluğunu arttırır. Vias, devrenin dinamik özelliklerine de kısıtlamalar getiren kendi endüktansına sahiptir. Bu nedenle, yüksek frekanslı uygulamalar veya yüksek hızlı mantık devrelerinin yakınında bulunan analog devreler için harici bileşenler önerilmez.

Bazı tasarımcılar, iletkenlerin uzunluğunu azaltmak için dirençleri dikey olarak yerleştirir. İlk bakışta, bu, parkurun uzunluğunu kısaltıyor gibi görünebilir. Bununla birlikte, bu, dirençten geçen akımın yolunu arttırır ve direncin kendisi bir döngüdür (endüktans dönüşü). Yayma ve alma kapasitesi birçok kez artar.

Yüzeye montaj için, her bir bileşen ucu için bir delik yerleştirmeye gerek yoktur. Bununla birlikte, bir devreyi test ederken sorunlar vardır ve özellikle küçük bileşenleri kullanırken kontrol noktaları olarak viaları kullanmanız gerekir.

Kullanılmayan oy bölümleri

Devrede ikili ve dörtlü işlemsel yükselteçler kullanılırken bunların bazı bölümleri kullanılmadan kalabilir ve bu durumda doğru bağlanması gerekir. Yanlış bir bağlantı, aynı durumda kullanılan op-amp'lerin güç tüketiminde artışa, daha fazla ısınmasına ve daha fazla gürültüye neden olabilir. Kullanılmayan işlemsel yükselteçlerin pinleri Şekil 1'de gösterildiği gibi bağlanabilir. 20a. Pinleri ek bileşenlerle bağlamak (Şekil 20b), kurulum sırasında bu op-amp'i kullanmayı kolaylaştıracaktır.

Çözüm

Aşağıdaki temel noktaları hatırlayın ve analog devreleri tasarlarken ve kablolarken her zaman bunlara uyun.

Genel:

• PCB'yi bir elektrik devresinin bir bileşeni olarak düşünün
• Gürültü ve parazit kaynakları hakkında bir anlayışa ve anlayışa sahip olmak
• model ve prototip devreler

Baskılı devre kartı:

• sadece kaliteli malzemeden yapılmış baskılı devre kartlarını kullanın (örn. FR-4).
• çok katmanlı baskılı devre kartlarına dayalı devreler, çift katmanlı devre kartlarına göre dış gürültüye 20 dB daha az duyarlıdır
• farklı arazi ve yiyecekler için bölünmüş, örtüşmeyen çokgenler kullanın
• zemin ve güç poligonlarını PCB'nin iç katmanlarına yerleştirin.

Bileşenler:

• Pasif bileşenler ve kart iletkenleri tarafından getirilen frekans kısıtlamalarının farkında olun
• yüksek hızlı devrelerde pasif bileşenlerin dikey yerleştirilmesinden kaçınmaya çalışın
• yüksek frekanslı devreler için yüzeye montaj için tasarlanmış bileşenleri kullanın
• iletkenler ne kadar kısa olursa o kadar iyi
• daha uzun bir iletken uzunluğu gerekiyorsa, genişliğini azaltın
• aktif bileşenlerin kullanılmayan uçları doğru şekilde bağlanmalıdır

kablolama:

• analog devreyi güç konektörüne yakın yerleştirin
• mantık sinyalleri taşıyan kabloları asla kartın analog alanından geçirmeyin ve bunun tersi de geçerlidir.
• iletkenleri op-amp'in ters çevirme girişi için uygun kısa tutun
• op-amp'in evirici ve evirici olmayan girişlerinin iletkenlerinin uzun mesafeler için birbirine paralel gitmediğinden emin olun.
• gibi gereksiz vias kullanmaktan kaçınmaya çalışın kendi endüktansları ek sorunlara yol açabilir
• iletkenleri dik açılarda çalıştırmayın ve mümkünse köşelerin köşelerini düzleştirin

Değişim:

• güç hattı gürültüsünü bastırmak için doğru kapasitör türlerini kullanın
• Düşük frekanslı paraziti ve gürültüyü bastırmak için güç girişi konektöründe tantal kapasitörler kullanın
• Yüksek frekanslı paraziti ve gürültüyü bastırmak için giriş gücü konektöründe seramik kapasitörler kullanın
• mikro devrenin her bir güç piminde seramik kapasitörler kullanın; gerekirse, farklı frekans aralıkları için birden fazla kapasitör kullanın
• devrede uyarma meydana gelirse, büyük değil, daha düşük kapasitans değerine sahip kapasitörler kullanmak gerekir.
• zor durumlarda, güç devrelerinde seri bağlı düşük dirençli veya endüktanslı dirençler kullanın
• analog güç ayırma kapasitörleri dijital değil, yalnızca analog toprağa bağlanmalıdır

bruce carter
Herkes İçin Op Amper, bölüm 17
Devre Kartı Düzen Teknikleri
Tasarım Referansı, Texas Instruments, 2002

Düz baskılı bobinler genellikle cihazın boyutunu küçültmek için metre ve desimetre dalga aralıklarında kullanılır. Genellikle bir çokgen şeklinde mümkün olmasına rağmen, yuvarlak, kare bir dönüş şeklinde veya bir menderes şeklinde yapılırlar. Son zamanlarda, çok katmanlı PCB teknolojisinin ortaya çıkmasıyla birlikte çok katmanlı PCB bobinleri de ortaya çıkmıştır. Manyetik malzemeden yapılmış bir çekirdeğin kullanılması etkisizdir, çünkü böyle bir çekirdek bobinin dönüşlerinden uzaktır ve endüktansını %3 - 5 oranında değiştirebilir, bu çoğu durumda yeterli değildir. Bu nedenle, baskılı indüktörler çoğu durumda ayarlamanın gerekli olmadığı ve endüktans değerinin mikrohenry birimlerini geçmediği durumlarda kullanılır.

Sitemizde, baskılı devre kartı üzerindeki bobinleri hesaplamak için çevrimiçi bir hesap makinesi kullanabilirsiniz.

Coil32 yazılımında, sürüm 9.6'dan başlayarak, yuvarlak ve kare dönüşlü ve dönüşlü düz baskılı bobinler, genel ampirik formül kullanılarak hesaplanır:

• L- endüktans (μH)
• NS- spiralin dış çapı (mm)
• NS- spiral iç çap (mm)
• n- dönüş sayısı
• D ort- ortalama bobin çapı (mm)
• φ - doldurma faktörü

c 1 - c 4 katsayıları tabloda özetlenmiştir:

Şekildeki sarma adımı " olarak belirtilmiştir. s". Değişmeden" s"Dönüşün genişliğini arttırırsanız, bobinin Q faktörü ve kendi kapasitansı artar. Genellikle bobin boyutunu en aza indirmek için, yazdırılan iletkenin genişliği, iletkenler arasındaki mesafeye yakın yapılır, bu nedenle , formülde, etki" s"endüktans değeri dikkate alınmaz. Optimal değer g / D = 0,4 yuvarlak bir bobin için ve program bunu otomatik olarak seçer. Kare bir bobin için optimal değer g / G = 0.362 ve programı da otomatik olarak seçer.

Bu formülü kullanarak endüktansın hesaplanmasındaki hata, 3w'den fazla olmayan s'de %8'i geçmez, yani. şeritler arasındaki boşluk şeridin genişliğinin iki katından fazla değilse.

Düz baskılı bir iletken şeklindeki endüktif eleman, aşağıdaki ampirik formül kullanılarak hesaplanır:

, nerede:

• L- endüktans (μH)
• ben- iletken uzunluğu (mm)
• B- iletken genişliği (mm)

Bu tür endüktif elemanlar genellikle UHF filtrelerinde kullanılır. Böyle bir endüktif elemanın içsel kapasitansı oldukça büyük olduğundan, onu dağıtılmış parametrelerle uzun bir çizginin bir parçası olarak temsil etmenin daha doğru olduğu akılda tutulmalıdır. Ancak, yaklaşık hesaplamalar için, burada benimsenen modelin basitleştirilmesi oldukça kabul edilebilir.

Çalkantılı elektronik çağımızda, bir elektronik ürünün ana avantajları küçük boyutlar, güvenilirlik, kurulum ve demontaj kolaylığı (ekipmanın demontajı), düşük enerji tüketimi ve rahat kullanılabilirliktir ( İngilizceden- kullanım kolaylığı). Tüm bu avantajlar, yüzeye montaj teknolojisi - SMT teknolojisi olmadan hiçbir şekilde mümkün değildir ( S Senin yüzün m amca T teknoloji) ve tabii ki SMD bileşenleri olmadan.

SMD bileşenleri nelerdir

SMD bileşenleri tüm modern elektroniklerde kesinlikle kullanılmaktadır. SMD ( S Senin yüzün m sayısız NS kanıt), İngilizce'den “yüzeye monte edilmiş cihaz” olarak çevrilmiştir. Bizim durumumuzda, yüzey, radyo elementler için açık delikleri olmayan bir baskılı devre kartıdır:

Bu durumda, SMD bileşenleri, kartların deliklerine yerleştirilmez. Doğrudan PCB yüzeyinde bulunan temas raylarına lehimlenirler. Aşağıdaki fotoğraf, eskiden SMD bileşenlerine sahip olan bir cep telefonunun kartındaki kalay renkli temas yüzeylerini göstermektedir.

SMD bileşenlerinin artıları

SMD bileşenlerinin en büyük avantajı küçük boyutlarıdır. Aşağıdaki fotoğraf basit dirençleri göstermektedir ve:

SMD bileşenlerinin küçük boyutları nedeniyle, geliştiriciler, birim alan başına basit çıkış radyo elemanlarından daha fazla bileşen yerleştirme fırsatına sahiptir. Sonuç olarak, paketleme yoğunluğu artar ve bunun sonucunda elektronik cihazların boyutu küçülür. SMD bileşeninin ağırlığı, aynı basit çıkışlı radyo elemanının ağırlığından birkaç kat daha hafif olduğundan, radyo ekipmanının ağırlığı da birçok kat daha hafif olacaktır.

SMD bileşenlerinin lehimlenmesi çok daha kolaydır. Bunun için bir saç kurutma makinesine ihtiyacımız var. SMD bileşenleri nasıl lehimlenir ve lehimlenir, SMD'nin nasıl düzgün bir şekilde lehimleneceği ile ilgili makaleyi okuyabilirsiniz. Onları lehimlemek çok daha zor. Fabrikalarda özel robotlar bunları bir baskılı devre kartına yerleştirir. Radyo amatörleri ve radyo ekipmanı tamircileri dışında hiç kimse bunları üretimde manuel olarak lehimlemez.

Çok katmanlı panolar

SMD bileşenli ekipman çok sıkı bir kuruluma sahip olduğundan, kartta daha fazla ray olmalıdır. Tüm parçalar tek bir yüzeye sığmaz, bu nedenle PCB'ler çok katmanlı. Donanım karmaşıksa ve çok sayıda SMD bileşenine sahipse, kartta daha fazla katman olacaktır. Katmanlardan yapılmış çok katmanlı bir pasta gibi. SMD bileşenlerini birbirine bağlayan yazdırılan yollar, doğrudan kartın içinde bulunur ve hiçbir şekilde görülemez. Çok katmanlı panolara örnek olarak cep telefonu panoları, bilgisayar veya dizüstü bilgisayar panoları (anakart, ekran kartı, RAM vb.) verilebilir.

Aşağıdaki fotoğrafta mavi pano Iphone 3g, yeşil pano bilgisayar anakartıdır.

Tüm radyo ekipmanı tamircileri, çok katmanlı bir panonun aşırı ısınması durumunda kabaracağını bilir. Bu durumda ara katman bağlantıları kopar ve kart kullanılamaz hale gelir. Bu nedenle, SMD bileşenlerini değiştirirken ana koz doğru sıcaklıktır.

Bazı kartlarda, PCB'nin her iki tarafı da kullanılırken, anladığınız gibi kablolama yoğunluğu iki katına çıkar. Bu, SMT teknolojisinin bir başka artısıdır. Ah evet, SMD bileşenlerinin üretimi için malzemenin birkaç kat daha az olduğu ve milyonlarca parça halinde seri üretim sırasındaki maliyetlerinin, kelimenin tam anlamıyla bir kuruş olduğu faktörünü de dikkate almaya değer.

Ana SMD bileşenleri türleri

Modern cihazlarımızda kullanılan ana SMD elemanlarına bir göz atalım. Dirençler, kapasitörler, küçük değerli indüktörler ve diğer bileşenler sıradan küçük dikdörtgenler veya daha doğrusu paralel borular gibi görünür))

Devresi olmayan kartlarda, bunun bir direnç mi yoksa kapasitör mü, hatta bobin mi olduğunu bulmak imkansızdır. Çinliler istedikleri gibi işaretler. Büyük SMD öğelerinde, bağlantılarını ve mezheplerini belirlemek için hala bir kod veya numaralar koyarlar. Aşağıdaki fotoğrafta bu öğeler kırmızı bir dikdörtgenle işaretlenmiştir. Bir diyagram olmadan, ne tür radyo elementlerine ait olduklarını ve nominal değerlerini söylemek imkansızdır.

SMD bileşenlerinin boyutları farklı olabilir. Dirençler ve kapasitörler için boyutların açıklaması aşağıdadır. Örneğin, burada sarı bir dikdörtgen SMD kapasitör var. Ayrıca tantal veya basitçe tantal olarak da adlandırılırlar:

Ve bu, SMD'nin nasıl göründüğü:

Bu tür SMD transistörleri de vardır:

Büyük bir değere sahip olan, SMD performansında şöyle görünürler:

Ve elbette, mikroelektronik çağımızda mikro devreler olmadan nasıl yapabiliriz! Birçok SMD tipi mikro devre paketi vardır, ancak bunları esas olarak iki gruba ayırıyorum:

1) Pimlerin baskılı devre kartına paralel olduğu ve her iki tarafta veya çevre boyunca yer aldığı mikro devreler.

2) Pimlerin mikro devrenin altına yerleştirildiği mikro devreler. Bu, BGA adı verilen özel bir mikro devre sınıfıdır (İngilizce'den Top ızgara dizisi- bir dizi top). Bu tür mikro devrelerin sonuçları, aynı boyuttaki basit lehim toplarıdır.

Aşağıdaki fotoğrafta, BGA mikro devresi ve bilyalı uçlardan oluşan ters tarafı.

BGA yongaları üreticiler için uygundur çünkü baskılı devre kartında büyük ölçüde yer tasarrufu sağlarlar, çünkü herhangi bir BGA yongasının altında bu tür binlerce top olabilir. Bu, üreticiler için hayatı çok daha kolay hale getirir, ancak tamirciler için hayatı kolaylaştırmaz.

Özet

Tasarımlarınızda hala ne kullanmalısınız? Elleriniz titremiyorsa ve küçük bir radyo hatası yapmak istiyorsanız, seçim açıktır. Ama yine de, amatör radyo tasarımlarında boyutlar büyük bir rol oynamaz ve büyük radyo elemanlarını lehimlemek çok daha kolay ve daha uygundur. Bazı radyo amatörleri her ikisini de kullanır. Her gün daha fazla yeni mikro devreler ve SMD bileşenleri geliştirilmektedir. Daha küçük, daha ince, daha güvenilir. Gelecek kesinlikle mikroelektronik içindir.