انواع برد الکترونیکی
انواع برد الکترونیکی در سه دسته عمده زیر قرار می‌گیرند:
برد بورد (Breadboard)
استریپ برد (Strip Board)
برد وایر رپ (Wire Wraps)
برد مدار چاپی (Printed Circuit Board)
در ادامه، با این بردها آشنا می‌شویم.
برد برد:
ساده‌ترین بردهای مدار، برد بردها هستند. این نوع بردها به‌عنوان یک ابزار عالی برای نمونه‌سازی اولیه مدارها مورد استفاده قرار می‌گیرند. به همین دلیل است که این بردها معمولاً توسط دانش‌آموزان و دانشجویان و افراد تازه‌کاری که به لوازم الکترونیکی علاقه دارند مورد استقاده قرار می‌گیرند. دلیل محبوبیت بردبردها در تست مدارها به این دلیل است که هنگام کار با برد بود نیازی به لحیم کردن هیچ قطعه‌ای نیست. بنابراین تمام قطعات یک مدار برد برد می‌توانند در پروژه‌های دیگر مورد استفاده مجدد قرار گیرند.
اگرچه مشخصات برد بردهای مختلف ممکن است متفاوت باشد، اما طراحی آنها یکسان است. برد برد از یک بلوک پلاستیکی سوراخ‌دار با گیره های فنری فلزی در زیر سوراخ تشکیل شده است. این گیره‌های فنری عموماً از نقره نیکل یا برنز ساخته شده‌اند و نقاط اتصالی را تشکیل می‌دهند که پایه قطعات الکترونیکی را در بین خود جای می‌دهند. این نوارهای فلزی نقش مهمی به‌عنوان پین‌های اتصال روی برد برد نیز دارند. چیدمان برد برد به‌طور کلی از دو ناحیه مجزا تشکیل شده است: نوارهای ترمینال و نوارهای باس.
نوارهای ترمینال بخش اصلی برد برد را تشکیل می‌دهند. در این ناحیه است که پایه‌های قطعات الکترونیکی در هنگام نمونه‌سازی قرار می‌گیرند. در این قسمت، یک شکاف که خط مرکزی ناحیه نوار ترمینال را مشخص می‌کند، تعبیه شده است. در هر طرف سوراخ‌ها، ردیف‌هایی با حروف مشخص شده است. هر دو طرف شکاف نیز با استفاده از یک الگوی شعاعی به هم متصل می‌شوند. نوار باس یا شین به‌عنوان منبع تغذیه برد برد عمل می‌کند و این بدان معنی است که اساساً برق را به کل مدار وارد می‌کند. نوار باس نیز معمولاً از دو ردیف تشکیل شده است: یک ردیف به‌عنوان زمین و یکی به‌عنوان ولتاژ تغذیه.
در نهایت، سیم‌های جامپر کل ساختار روی برد مدار را به هم متصل می‌کنند. این اتصالات سیمی با توجه به کدهای رنگی یا نیازهای خاص طراحی به‌کار می‌روند. انواع برد الکترونیکی بدون لحیم گزینه‌هایی عالی برای نمونه‌سازی و مدارهای ساده هستند که البته محدودیت‌های خود را نیز دارند. این محدودیت ها شامل موارد زیر است:
بردهای فاقد لحیم‌کاری محدود به کار در فرکانس‌های پایین‌تر هستند. این به دلیل ظرفیت بزرگ‌تر و اندوکتانس بالای برخی از اتصالات آن است.
برد برد معمولی به‌طور طبیعی نمی‌تواند قطعات نصب سطحی (SMD) را بدون فاصله شبکه ۰٫۱ اینچ در خود جای دهد. در این صورت یک PCB مورد نیاز خواهد بود.
برد بردها برای اجرای طرح‌ها یا پروژه‌های پیچیده مدار ساخته نشده‌اند.
علی‌رغم محدودیت‌های مربوط به برد بردها، مزایایی که به کاربر ارائه می‌دهند، آنها را به گزینه‌ای عالی برای نمونه‌سازی تبدیل می کند. برد بردها نسبتاً ارزان هستند و می‌توانند به‌دلخواه مجدداً مورد استفاده قرار گیرند.
استریپ برد (فیبر سوراخ‌دار)
فیبر سوراخ‌دار گزینه دیگری است که می‌توانید هنگام ساخت برد مدار برای پروژه الکترونیکی خود در نظر بگیرید. این بردها برای نمونه‌سازی و تولید بردهای مدارهای کاربردی عالی هستند. فیبرهای سوراخ‌دار با سوراخ‌های مشبک مستطیلی ۰٫۱ اینچی و نوارهای مسی موازی در یک طرف مشخص می‌شوند. برخلاف برد برد، برای کار با این بردها باید تکنیک لحیم‌کاری خود را تقویت کنید، زیرا قطعات الکترونیکی باید روی این بردها لحیم شوند. با توجه به سوراخ ۰٫۱ اینچی، به قطعاتی با پین‌های ۰٫۱ اینچی نیاز است.
قطعاتی که به‌احتمال زیاد از آنها برای فیبرهای سوراخ‌دار استفاده می‌کنید، مدارهای مجتمع DIP، کانکتورها و سایر قطعات با پین‌های ۰٫۱ اینچی هستند. این قطعات همیشه در یک طرف برد قرار می‌گیرند، در حالی که انتهای پایه آنها در انتهای دیگر بیرون می‌آید. سپس محل برخورد برد و پایه قطعات
باید لحیم شوند. لحیم‌کاری باید به‌گونه‌ای باشد که اطمینان حاصل شود که پایه‌ها به مسیرهای مسی در طرف دیگر نوار وصل هستند. در مواردی که نیاز به اتصال سیم دارید، استفاده از سیم‌های ۰٫۱ اینچی توصیه میشود. سیم‌هایی با این ابعاد می‌توانند از سوراخ‌ها عبور کرده و در طرف دیگر لحیم شوند.
استریپ بردها برای ساخت مدارهای کوچک عالی هستند و همچنین این قابلیت وجود دارد که برای داشتن سوراخ‌های بیشتر در پروژه‌های پیچیده از تعداد بیشتری از آنها استفاده کرد. همچنین، نیاز به انجام طرح‌های پیچیده‌تر مدار، منجر به تغییراتی در اندازه استاندارد آنها شده است. این تغییرات عبارتند از: Tripad و +perf. برد TriPad یک استریپ برد با مسیرهای رسانای شکسته یا مقطعی است. هر مسیر شکسته شامل سه سوراخ است و اتصال چندین قطعه را ممکن می‌کند. در مورد +perf، تمام سوراخ‌های آن به صورت نواری متصل نیستند، بلکه به باس نیز متصل هستند. به همین دلیل است که بردهای +perf را فیبرهای سوراخ‌دار انتخابی نیز می‌نامند. اگرچه استریپ برد و انواع آن برای نمونه‌سازی عالی هستند، اما محدودیت‌هایی نیز دارند. این محدودیت‌ها عبارتند از:
ساخت فیبرهای سوراخ‌دار با تعداد سوراخ‌های زیاد ممکن است گیج‌کننده باشد.
این بردها بهترین گزینه برای پیاده‌سازی مدارهای پیچیده نیستند.
برد وایر رپ:
سیم‌پیچ‌ها یا وایر رپ‌ها (Wire Wraps) در ابتدا برای تغذیه خطوط تلفن ساخته شدند و موفقیت‌های ثبت‌شده در آن کاربرد منجر به استفاده آنها با بردهای مدار شد. به همین دلیل است که امروزه ما این گزینه را داریم که با یک برد وایر رپ کار کنیم تا از مزایای آن بهره ببریم. وایر رپ شامل یک برد است که سوکت‌هایی روی آن نصب شده است. سوکت‌ها و اجزایی که برد پشتیبانی می‌کنند، از طریق چندین لایه سیم پیچیده‌شده حول قطعات، سوکت‌ها و پایانه‌ها به هم متصل می‌شوند. این سیم‌ها را می‌توان با دست یا ماشین پیچاند و آن را به یک برد مدار بدون لحیم‌کاری تبدیل کرد.
با وجود نامعلومی نسبی اندازه بردهای وایر رپ، این بردها بسیار قابل اعتماد هستند و می‌توان از آنها برای کاربردهای پیچیده استفاده کرد. دلیل این امر آن است که اتصالات وایر رپ برخلاف اتصالات لحیم‌شده یا بردبرد تحت تأثیر ارتعاش قرار نمی‌گیرند. نبود عناصر لحیم‌کاری نیز به این معنی است که آنها کمتر در معرض خوردگی هستند و مقاومت الکتریکی کمتری دارند.
از نظر کاربرد، بردهای وایر رپ به‌صورت صنعتی در مدارهای مایکروویو و در اَبَررایانه‌ها استفاده می‌شوند. اما علی‌رغم نکات مثبت، بردهای وایر رپ گزینه‌های گران‌تری نسبت به سایر مواردی هستند که درباره آنها بحث کردیم. همچنین، انجام کارهای نمونه‌سازی با استفاده از سایر گزینه‌ها نسبت به وایر رپ آسان‌تر است.
برد مدار چاپی (PCB)
متداول‌ترین انواع برد الکترونیکی در دنیای پرسرعت امروز، برد مدار چاپی (Printed Circuit Board) یا PCB است که طبیعت سازگار، انعطاف‌پذیری طراحی و سهولت استفاده، آن را به گزینه‌ای ارجح برای اکثر مهندسان برق، تولیدکنندگان و علاقه‌مندان تبدیل کرده است. به همین دلیل است که ده‌ها نرم‌افزار و ابزار طراحی PCB وجود دارد. برد مدار چاپی متشکل از اتصال مسیرهای مسی حک‌شده روی برد است. سپس قطعات الکتریکی بر اساس طرح شماتیک بر مسیرهای روی برد لحیم می‌شوند.
PCBها در حال حاضر به دلیل توانایی‌شان در ادغام طرح‌های پیچیده و ساده‌تر، در هر دستگاه الکترونیکی، استفاده می‌شوند. انواع مختلفی از PCB وجود دارد و هر نوع برای رفع نیازهای خاص ارائه شده‌اند. انواع مختلف آنها عبارتند از:
بردهای مدار چاپی یک‌طرفه: این PCB به‌عنوان یک‌طرفه شناخته میشود، زیرا فقط یک لایه از مواد پایه دارند یا زیرلایه روی برد پوشانده شده است. این بدان معنی است که تمام قطعات الکتریکی مورد استفاده روی آن سطح لحیم‌کاری می‌شوند. بردهای یک‌طرفه برای استفاده در کاربردهای ساده ساخته‌شده‌اند و همچنین برای کارهای نمونه‌سازی عالی هستند. قیمت نسبتاً مقرون‌به‌صرفه نیز آنها را به یکی از بردهای مداری رایج مورد استفاده دانش‌آموزان و سایر علاقه‌مندان تبدیل کرده است.
بردهای مدار چاپی دوطرفه: PCB دوطرفه دارای دو لایه مسی در دو طرف است. سوراخ‌هایی روی برد ایجاد میشود و اجازه می‌دهد مدارهای هر طرف به هم متصل شوند. قطعات الکتریکی روی PCBهای دوطرفه را می‌توان با استفاده از فناوری نصب سوراخ کامل یا نصب سطحی لحیم کرد. سوراخ کامل به این معنی است که سرب از سوراخ عبور می‌کند و انتهای آن را به سطح لحیم می‌کند. نصب سطحی شامل نصب قطعه و لحیم‌کاری به برد است. این نوع PCB رایج‌ترین نوع مورد استفاده دانش‌آموزان و سایر علاقه‌مندان به الکترونیک است.
بردهای مدار چاپی صلب: یک PCB صلب اساساً یک برد مدار است که در آن از فایبرگلاس استفاده میشود. ادغام فایبرگلاس تضمین می‌کند که PCB در هنگام انجام کارها پیچ نخورد یا تغییر شکل ندهد. PCBهای صلب معمولاً در آن دسته از دستگاه‌های الکترونیکی استفاده می‌شوند که به‌طور منظم از اجزای متحرکی که در اطراف آنها قرار گرفته‌اند استفاده میشود.
بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر: در این نوع PCBها از بردهای انعطاف‌پذیر یا پلاستیکی به‌عنوان پایه استفاده میشود. توانایی چرخش این PCBها در دستگاه‌های الکترونیکی خاصی که انعطاف‌پذیری لازم است، نقش مهمی ایفا می‌کند. بردهای انعطاف‌پذیر نیز در قالب‌های یک‌طرفه، دوطرفه و چندلایه عرضه می‌شوند.
بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر صلب: این نوع PCBها انواع صلب و انعطاف‌پذیر را که قبلاً مورد بحث قرار گرفت یکپارچه کرده‌اند. یک PCB انعطاف‌پذیر صلب به‌طور همزمان از یک برد صلب تشکیل شده که به برد انعطاف‌پذیر متصل میشود تا مدار کامل را تشکیل دهد.
برد مدار چاپی نسبت به سایر انواع برد الکترونیکی اهمیت بیشتری دارد. به دلیل این اهمیت، این برد را با جزئیات بیشتری معرفی خواهیم کرد و برخی از اصطلاحات رایج در دنیای PCBها را بیان می‌کنیم.
برد مدار چاپی رایج ترین نام PCB است، اما ممکن است در موارد نادری به نام‌های «برد سیم‌کشی‌شده چاپی» (Printed Wiring Board) یا «کارت سیم‌کشی‌شده چاپی» (Printed Wiring Card) نیز برخورد کنید. قبل از ظهور PCBها، مدارها با فرایند پرزحمت سیم‌کشی نقطه به نقطه ساخته می‌شدند. این کار منجر به خرابی‌های مکرر در اتصالات سیم‌ها و اتصال کوتاه می‌شد و عایق سیم شروع به استهلاک و ترک‌خوردگی می‌‌کرد.
همانطور که گفتیم یک پیشرفت قابل توجه توسعه وایر رپ بود، که در آن یک سیم کوچک به دور یک پایه در هر نقطه اتصال پیچیده میشود و یک اتصال محکم ایجاد می‌کند که بسیار بادوام است. با انتقال الکترونیک از لوله‌ها و رله‌های خلاء به سیلیکون و مدارهای مجتمع، اندازه و هزینه قطعات الکترونیکی شروع به کاهش کرد. الکترونیک در کالاهای مصرفی رایج‌تر شد و فشار برای کاهش اندازه و هزینه‌های تولید محصولات الکترونیکی، تولیدکنندگان را به دنبال راه‌حل‌های بهتر سوق داد. به همین دلیل بود که PCB وارد بازار شد.
انواع برد الکترونیکی از لحاظ تعداد لایه:
بردهای الکترونیکی از لحاظ تعداد لایه نیز به چند دسته تقسیم می شوند.
. برد الکترونیکی تک لایه
برد الکترونیکی تک لایه از جمله PCB های مقرون به صرفه و ساده محسوب می شود.
ساختار این نوع مدار چاپی از یک لایه مسی ساخته شده است. تمامی قطعات و اجزا در این نوع از فیبرها در یک طرف برد نصب می شوند.
برای طراحی و تولید تجهیزات الکترونیکی ساده از این نوع برد استفاده می گردد. همچنین، متریال استفاده شده در ساختار برد یک رو بسته به نوع کاربرد از جنس فایبرگلاس و آلومینیوم می باشد.
- ۲. برد PCB دو لایه (Double-sided PCB)
برد دورو یکی دیگر از انواع برد الکترونیکی بوده که در دو طرف برد، ۲ لایه مسی و یک لایه فیبر قرار گرفته است.
اتصال لایه های مسی در این نوع بردها از طریق سوراخ های تعبیه شده در آن صورت می گیرد. برخورداری از دو لایه مسی، امکان استفاده از فیبر چاپی دو لایه را در بسیاری از لوازم الکترونیکی پیشرفته فراهم آورده است. علاوه بر این، بردهای الکترونیکی دورو، از فضای بیشتری برای مونتاژ قطعات برخوردار می باشند.
- برد الکترونیکی چند لایه (Multilayer)
برد PCB چند لایه از چند لایه مختلف رسانا تشکیل گردیده است
. اتصال این لایه ها به یکدیگر توسط سوراخ های موجود بر روی برد انجام می شود. بردهای الکترونیکی چند لایه از گزینه های عالی برای طراحی پیچیده در کمترین ابعاد به شمار می روند.
در ضمن، بردهای چند لایه به نسبت سایر بردهای الکترونیکی، از قیمت بالاتری برخوردار هستند. قابلیت کوچک نمودن ابعاد برد و اشغال فضای بسیار کم را می توان از دیگر مشخصات برد الکترونیکی Multilayer قلمداد نمود.
انواع بردهای الکترونیکی از لحاظ جنس و مدل فیبر
بردهای الکترونیکی بر اساس جنس فیبر نیز به چند دسته تقسیم می شوند.
۱) برد الکترونیکی سخت (Rigid PCB)
نمونه ای دیگر از انواع برد الکترونیکی به بردهای سخت اختصاص پیدا می کند.
بردهای الکترونیکی سخت از لحاظ جنس و لایه با یکدیگر متفاوت می باشند. همچنین، این نوع از بردها به علت غیر قابل انعطاف بودن، از استحکام و دوام بسیار بالایی بهره می برند. این ویژگی موجب استفاده گسترده از بردهای سخت در تجهیزات دارای ارتعاش بالا شده است.
ضمنا، برد الکترونیکی Rigid، از جنس های مختلفی مانند آلومینیوم، نیم فایبر و فایبرگلاس ساخته می شود.
۲) PCB سخت/انعطاف پذیر (Rigid-Flex PCB)
فیبر مدار چاپی سخت/انعطاف پذیر به صورت چند لایه به یکدیگر اتصال پیدا می کند.
در واقع، برد سخت/منعطف، ترکیبی از دو مدل برد الکترونیکی سخت و انعطاف پذیر می باشد. عدم اشغال فضای اضافی، این نوع از بردهای الکترونیکی را به یک گزینه کاربردی در ساخت وسایل و تجهیزات نظامی تبدیل نموده است.
اتصالات برد سخت و منعطف علاوه بر محکم بودن، بسیار قابل اطمینان است.
۳) برد الکترونیکی انعطاف پذیر (Flex PCB)
بردهای فلکسیبل از ترکیب سیم های مدور و فایبرگلاس تشکیل می گردند. این امر موجب انعطاف پذیری و حالت پذیری این نوع از بردهای الکترونیکی می شود.
از نقطه نظر اقتصادی، بردهای منعطف، در ردیف بردهای الکترونیکی گران قیمت طبقه بندی می شوند. برخورداری از خاصیت انعطاف پذیری، امکان استفاده از بردهای فلکسیبل را در ارتفاع های مختلف و محیط های کوچک و محدود فراهم ساخته است.
۴) برد الکترونیکی آلومینیومی
برد آلومینیومی از دیگر انواع برد الکترونیکی بوده که در ساختار خود دارای یک لایه آلومینیوم می باشد. به منظور جلوگیری از اتصالی در میان لایه های این نوع برد، یک لایه عایق میان آنها تعبیه شده است.
عمده ترین موارد کاربرد بردهای الکترونیکی آلومینیومی در صنعت روشنایی صورت می گیرد. لایه آلومینیومی این نوع برد همانند یک هیت سینک بر روی آن عمل می نماید. این امر برای دفع حرارت ایجاد شده از چیپ های روی برد، بسیار تاثیرگذار است.
غیر سمی بودن، سازگاری با محیط زیست، قابلیت بازیافت و طول عمر و دوام بالا، از دیگر ویژگی های برد الکترونیکی آلومینیومی قلمداد می گردد.
انواع قطعات برد الکترونیکی :همانطور که در ابتدای متن اشاره شد بر روی برد الکترونیکی قطعات گوناگونی سوار شده اند.
باتری یکی از مهم ترین این قطعات بوده که از وظایف آن فراهم نمودن ولتاژ است. مقاومت یکی از دیگر قطعات مهم روی برد الکترونیکی است که جریان الکتریکی را کنترل و مدیریت می کند.
ترانزیستور قطعه دیگری است که وظیفه تقویت کردن بار الکتریکی را بر عهده دارد. خازن قطعه مهم دیگری است که وظیفه دارد بار الکتریکی را در خود جای دهد.
سوئیچ ها قطعه دیگری هستند که وظیفه دارد عبور جریان در برد را باز یا مسدود نمایند. ال ای دی ها نیز نوعی دیود نوری بوده که جریان را از خود عبور داده و روشن می شوند.
دیود قطعه دیگری است که وظیفه دارد جریان الکتریکی را از یک جهت به جهت دیگر بفرستید یا آن را مسدود کند.
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
UPS
کاربرد یو پی اس UPS
در حالی که UPS فقط برای حفاظت از نوع خاصی از تجهیزات محدود نمی شود، اما به طور معمول برای محافظت از رایانه ها، مراکز داده، تجهیزات ارتباطات مخابراتی و یا سایر تجهیزات الکتریکی استفاده می شود، در صورتی که اختلال برق غیرمنتظره می تواند باعث صدمات، تلفات، اختلال در کسب و کار جدی و یا از دست دادن اطلاعات شود. واحد های یو پی اس به اندازه دستگاه های طراحی شده برای محافظت از یک کامپیوتر بدون یک مانیتور ویدئویی (حدودVA200) به واحد های بزرگ که تمام مراکز داده (>MVA 1)، ساختمان ها (>kVA 300) و یا فرایندهای تولید را تامین می کنند، استفاده می شوند.
(منبع تغذیه بدون وقفه) دستگاهی که پشتیبان سیستم های دیگر است، بک آپ باطری را هنگام قطع برق یا رسیدن به سطح ولتاژ پایین فراهم می کند. سیستم های UPS کوچک انرژی را نیز برای چند دقیقه فراهم می کنند.
طریقه نصب یو پی اس
در هنگام نصب یو پی اس برای این که تعمیر یو پی اس، نگهداری ، نصب آن راحتر صورت پذیرد کابینت آن را و یا خود آن را همیشه با فاصله ۱۰۰ سانتی متری از کنار دیوار قرار دهید. در کنار یو پی اس لیستی از اقلام و وسایل جانبی وجود دارد. آن ها را بررسی کنید و در صورت کامل نبودن اجزای این لیست می توانید با شرکت ارسال کننده تماس حاصل کنید و موضوع را اطلاع دهید. دمای مکانی که یو پی اس در آنجا نصب میشود بسیار مهم است و بهتر از بین۱۰ تا ۴۰ درجه سانتی گراد باشد. اگر دما از ۴۰ درجه بالاتر رفت ups به میزان ۱۰ الی ۱۲ درصد در هر ۵ درجه سانتی گراد ظرفیت بارش را کاهش می دهد که این ارتباط مستقیم با عمر دستگاه دارد و آسیب پذیر است. یو پی اس و باتری یو پی اس بدور از مکان هایی که در معرض گرد و غبار، رطوبت، دمای گرم قرار گیرد و در یک محیط تمیز با تهویه مناسب برای سیستم ups و بهتر است در داخل کابینت قرار گیرد. دما دلیل اصلی کاهش طول عمر مفید و میزان کارائی بهتر باطری یو پی اس است. کابینت ها باید دارای محفظه برای تهویه مناسب و همچنین فن خنک کننده باشند تا ups و باطری ups در دمای مناسب ۱۵ الی ۲۵ درجه سانتی گراد کار کنند و دچار مشکل نشود.
