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电路认知(一)概述

  • 电路认知(一)概述
  • 包装电路认知(2)
  • 电路认知(3)电子元件
  • 电路认知(4)连接器
  • 电路认知(5)电路板
  • 焊接电路认知(6)
  • 测试电路认知(7)

前言

电路是电力系统、控制系统、通信系统、计算机硬件等电力系统的主要组成部分,起着生成、传输、转换、控制、处理和存储电能和电信号的作用。 本文主要介绍一些基本概念。


文章目录


1概述

电路是电力系统、控制系统、通信系统、计算机硬件等电力系统的主要组成部分,起着生成、传输、转换、控制、处理和存储电能和电信号的作用。

2电路定义

2.1 电路PCB板

Printed Circuit Board,称为印刷电路板,由电子元件以某种方式组合的电流通路通常称为板级电路。如果用作控制或产品,则多采用嵌入式(单片机) 外围电路 嵌入式程序)控制。下面称为PCB。

2.2 集成电路IC

Integrated circuit,指芯片内部集成电路所需的晶体管、电阻、电容和电感。以下简称IC。芯片是最常见的。

2.3 PLC控制电路

Programmable Logic Controller,全称为可编程控制器。开关设备、数字设备、模拟设备、执行器等电气设备PLC用电缆连接在一起。

2.4 三者关系

IC是以PCB板为载体,和其他元件共同集成在PCB实现特定功能;而且PLC事实上,其他外围设备包含在内部PCB、接口等,经过多年的现场应用测试(如EMC等等。可以这样理解:PLC>PCB>IC。

2.5 PLC现场控制和嵌入式现场控制

在工业控制中使用PLC以及嵌入式系统,如果说大部分都是PLC,也不准确。

  1. 在复杂的操作中,嵌入式更灵活;PLC梯形图开发的快速性限制了其灵活性。
  2. 研发时间:硬件,PLC其本身和外围设备是成熟可靠的产品,开发非常快;嵌入式PCB,设计、调试、取证需要很多时间(EMC\EMI等)等。软件上,PLC梯形图开发非常快,只需要注意输入、逻辑和输出;在嵌入式软件中,C语言开发需要设计环境、底层、逻辑层、应用层,这需要很多时间。
  3. 调试:相同的功能,PLC与嵌入式代码相比,代码量(指梯形图的总行数,包括子程序的总和)更少,相对调试BUG更少。
  4. 生产时间:产品定型后,PLC每套设备仍需要复杂的接线和调试。由于劳动时间不变,调试时间仍然不短;嵌入式PCB在产品方面,基本上是OEM贴片。焊接工艺一旦磨合,几乎不需要调试,只需进厂检验即可直接投入使用。
  5. 成本:相比PLC以及外围设备的昂贵价格,无论是硬成本还是劳动力成本,嵌入式产品的成本都较低。在产品的稳定性方面,嵌入式系统产品需要时间来验证和尝试。
  6. 技术含量:PLC控制电路,非常容易复制,看接线大致了解原理。嵌入式产品,设计人员设计周边集成电路,有一定的技术障碍;一是保护性较好;二是竞争对手较少。然而,工业嵌入式系统开发的技术能力相对较长。
  7. 产品体积:嵌入式产品体积小。

一般而言的在不要求体积的新产品情况下,市场调研后,先应用PLC及其控制部件快速开发,实现功能,快速营销,占据市场份额,开发嵌入式产品;然后推出嵌入式产品进行替代。


3电路元器件

电路元器件(circuit element)一般指电路中的一些无源元件,如电阻器电容器电感器等。具有放大功能的晶体管通常称为电子设备,有时也称为集成电路。

3.1元件与器件

电子元件:电阻、电容、电感等不改变分子成分的成品。 电子设备:在生产加工过程中,成品的分子结构发生了变化,如晶体管、集成电路等。

3.2引脚(Pin)

引脚,也被称为管脚。从集成电路(芯片)内部电路引出与外部电路的接线,所有引脚都构成了芯片的接口。引线末端的一段与印刷板上的焊盘形成焊点。引脚可分为脚跟(bottom)、脚趾(toe)、脚侧(side)等部分。 在这里插入图片描述

3.3封装(Package)

指芯片内部的电路,连接到外部引脚,并用芯片外壳包装。便于设备或电路板的连接。包装形式是指安装半导体集成电路芯片的外壳。

3.4焊盘(Land、Pad)

焊盘是表面装配的基本组成单元,用于形成电路板的焊盘图案(land pattern),也就是说,为特殊元件类型设计的各种焊盘组合。将包装引脚与电路板配合焊接导电部分。

3.5 焊接(Soldering)

焊接是连接金属的一种方法。它通过焊接材料的原子或分裂,在两种金属的接触面上加热的相互扩散作用,使两种金属间形成一种永久的牢固结合。利用焊接的方法进行连接而形成的接点叫

3.5.1 人工焊接

手工焊接是电子产品装配中的一项基本操作技能,适合于产品试制、电子产品的小批量生产、电子产品的调试与维修以及某些不适合自动焊接的场合。熟练焊工一般设置到300℃。

  1. 接触焊接:指使用电烙铁,对单个元器件进行焊接。
  2. 热风焊接:使用热风枪焊接(一般用来拆焊)。
  3. 均热焊接:指在焊盘涂上焊料后,人工贴装元器件。然后使用均匀加热设备(如恒温焊台,也称铁板烧),加热至焊料融化。

3.5.2 助焊

助焊剂在焊接工艺中能帮助和促进焊接过程,同时具有保护作用、阻止氧化反应的化学物质。

  1. 松 香:固体松树脂,制作助焊剂的原材料。主要帮助在电路板零件的焊接中,去除焊盘上的氧化物,有利于焊锡的焊接。
  2. 助焊剂:是一种焊接的辅助材料,不过助焊剂是由松香、活性剂和一些添加剂组成,在松香的基础上加工而成的,性能更强,比松香更加好用。
  3. 焊锡膏:膏状粘稠体,主要成分金属粉末、松香、有机酸、触变剂、活性剂。用于SMT自动贴装工艺的焊接。是助焊剂与焊锡工艺的升级替代品,自动化程度高,焊接精度高。

3.5.3 焊料

电路焊接中,焊料是用于填充器件引脚与焊盘的低熔点金属,一般用金属锡。

  1. 焊锡丝solder wire:又称焊锡线、锡线、锡丝,焊锡丝是由锡合金和助剂两部分组成,合金成份分为锡铅、无铅助剂均匀灌注到锡合金中间部位。
  2. 焊锡膏solder paste:也叫锡膏,灰色膏体。焊锡膏是伴随着SMT应运而生的一种新型焊接材料,是由焊锡粉、助焊剂以及其它的表面活性剂、触变剂等加以混合,形成的膏状混合物。主要用于SMT行业PCB表面电阻、电容、IC等电子元器件的焊接。

3.5.4表面组装技术(SMT)

将无引脚或短引线表面组装元器件安装在PCB的表面或其它基板的表面上,通过回流焊或浸焊等方法加以焊接组装的自动电路装连技术。

4电路故障

4.1虚焊

虚焊是常见的一种线路故障之一。 一种是在生产过程中的,因生产工艺不当引起的,时通时不通的不稳定状态; 另外一种是电器经过长期使用,一些发热较严重的零件,其焊脚处的焊点极容易出现老化剥离现象所引起的故障。

4.2短路

短路是常见的一种线路故障之一。 短路是指电路或电路中的一部分被短接。如负载与电源两端被导线连接在一起,就称为短路,短路时电源提供的电流将比通路时提供的电流大得多,一般情况下不允许短路,如果短路,严重时会烧坏电源或设备。

4.3断路

断路是常见的一种线路故障之一。 断路(开路)是指由于电路中器件没有焊接好,或者导线没有连接好,或用电器烧坏或没安装好,即整个电路在某处断开的状态。

4.4静电释放

指电荷在人体中积累的电荷,在一瞬间释放,它可能会造成器件击穿危害。

5一些电路术语

5.1电源(Power)

电源是将其它形式的能转换成电能并向电路(电子设备)提供电能的装置。

5.2地(Ground、Earthing)

PCB中一般出现的GND,叫做电线接点端,作为整个电路的零公共参考点。当然,每块PCB中可以有很多个“地”,通常用作隔离,是一种抗干扰手段。 而220V交流电中的地是真正意义上和地面相连的地线,一般接入产品外壳作为保护地,作为产品泄放高压的通道,防治触电事故。

5.3极性、正与负(Polarity、Positive/Negative)

5.3.1极性元件

为多释义词。 在电路中某些元件,电流正向通过和反向通过会表现出不一样的性质,也称为极性元件;反之,两个方向表现出相同特性的为非极性元件。在电路设计或者电路焊接中需要注意方向的元件为极性元件。 如:电阻,是典型的非极性元件。

5.3.2正负电压

电路中,正负电压是相对参考电压而言的。首先我们要有一个参照物,一般电路设计中是以“地”为参考电压的。比参考电压高的称为正电压,相反,比参考电压低的称为负电压。

5.4直流与交流(DC/AC)

直流:【计量学】方向和量值不随时间变化的电流。 电流方向不随时间变化的电流流过负载产生的稳定电压,称为直流电压。

:交流电压是电压的大小和方向都随时间改变的电。在任何信号中都可能存在交流和直流的叠加

5.5输入与输出(Input/Output)

输入输出的概念很重要,不仅是任何产品、软件、电路、芯片,甚至任何项目、事情都有输入输出的概念。 在电路中,输入输出是电路中最基本的故障分析方法。

5.6有源与无源(Active/passive)

简单的,就是需要额外能(电)源的(信号、器件或节点)叫有源;无需额外能(电)源的就是无源。

5.6.1 有源信号与无源信号(Active Signal/passive Signal)

对于信号输出来说,设备或电路本身无需格外电源就能输出的信号,为有源信号;反之,设备或电路需要额外电源才能输出的信号为无源信号。典型的4~20mA信号,也分有源与无源方式。

5.6.2 有源器件与无源器件(Active Device/passive Device)

:元器件工作时,其内部不需要任何形式的电源,就能表现其特性,则这种器件叫做无源器件。 其特点为:

电阻、电容、电感、开关、按键、连接器等

:元器件工作时,其内部需要电源才能正常工作,则这种器件叫做有源器件。其特点为:

三极管、发光二极管、MOS管、其它芯片(IC)等

5.6.3 无源接点与有源接点(Active Contacts/Passive Contacts)

接点,也可称为触点、节点。通常是指PLC极其控制中的连接点。 对于接点来说,本身不需要供电或者其它电学条件的接点,就是无源接点,也称“干”接点;反之,接点本身带电或者作为信号输出点,即为有源节点,也称“湿”接点。

6原理图

6.1什么是原理图

原理图,表示电路板上各器件之间连接原理的图表。在方案开发等正向研究中,原理图的作用是非常重要的。

6.1.1元器件原理图库

表现元器件原理和功能的元件库,如IC的引脚功能等。如下,这是一款电池电量计量芯片的原理引脚图。

6.1.2元器件封装库

能够表示元器件外形、焊盘大小、引脚顺序等特征,在PCB布局时需要关注的元素。如下,该封装的引脚号和原理图一一对应。

6.1.3电路网络

在原理图中,将不同元器件相连的线或相同标号的,称为同一个网络。下图为一个磁耦隔离电路,所有GND标号都相连,并且在其他电路中只要与该芯片引脚上相同的标号,都是相连的。

6.2有关的符号

序号 符号或字符 含义
1 VDD D=device 表示器件的意思, 即器件内部的工作电压(接电源)
2 VCC C=circuit 表示电路的意思, 即接入电路的电压
3 VSS S=series 表示公共连接的意思,通常指电路公共接地端电压(接地)
4 VEE E=electron 表示构成物质的基本粒子之一,因带负电,也写作e,通常指负电压供电
5 VPP 编程/擦除电压
6 VDDH H=high 表示高压,即高压供电端。
7 GND(G) 参考地
8 PE、PGND 大地或机壳地
9 DGND 数字地
10 AGND 模拟地
11 IGND 隔离地
12 V+ 电压正端
13 V- 电压负端
14 EN 使能端

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