Dati PCB - Introduzione all'elettronica dei circuiti stampati

L'elettronica è una branca della fisica specializzata nello studio di elettronica, dispositivi elettronici, circuiti elettronici e altri argomenti. Utilizza componenti elettronici come "dispositivi attivi" e relativi "dispositivi passivi" per formare la tecnologia di interconnessione dei circuiti.

Elettronica dei circuiti stampati

L'elettronica è una branca della fisica specializzata nello studio di elettronica, dispositivi elettronici, circuiti elettronici e altri argomenti. Utilizza componenti elettronici come "dispositivi attivi" (come tubi a vuoto, diodi, transistor e circuiti integrati) e relativi "dispositivi passivi" per costruire la tecnologia di interconnessione dei circuiti.

Le caratteristiche non lineari dei dispositivi attivi e la loro capacità di controllare il flusso elettronico possono amplificare i segnali deboli, rendendo l'elettronica del circuito ampiamente utilizzata nell'elaborazione delle informazioni, nella comunicazione e nell'elaborazione del segnale. Le caratteristiche di commutazione dei dispositivi elettronici consentono di elaborare segnali digitali. Le tecnologie di interconnessione come i circuiti stampati e gli imballaggi elettronici, nonché varie forme di componenti dell'infrastruttura di comunicazione, hanno migliorato la funzionalità del circuito e reso i componenti connessi un sistema funzionante.

L'elettronica del circuito stampato è diversa dalla scienza e dalla tecnologia elettrica ed elettromeccanica. La scienza e la tecnologia elettrica ed elettrica sono discipline relative alla generazione, distribuzione, commutazione, stoccaggio e conversione di energia elettrica, convertendo da altre forme di energia a energia elettrica attraverso fili, motori, generatori, batterie, interruttori, relè, trasformatori, resistenze e altri dispositivi passivi.

Nel 1897 Joseph Thomson scoprì l'esistenza di elettroni, che erano l'origine dell'elettronica. I primi dispositivi elettronici usavano tubi a vuoto per controllare il flusso di elettroni, ma avevano svantaggi come alto costo e grande volume. Al giorno d'oggi, la maggior parte dei dispositivi elettronici utilizza dispositivi a semiconduttore per controllare l'elettronica. I tubi a vuoto hanno ancora alcune applicazioni speciali, come amplificatori RF ad alta potenza, tubi a raggi catodici, apparecchiature audio professionali e magnetroni multi-cavità in apparecchiature a microonde.

La ricerca e la relativa tecnologia dei dispositivi a semiconduttore è un ramo della fisica dello stato solido, ma progettare e costruire circuiti elettronici per risolvere problemi pratici è lo scopo dell'ingegneria elettronica.

I circuiti possono essere suddivisi approssimativamente in due categorie: circuiti analogici e circuiti digitali. I segnali di tensione e corrente dei primi sono segnali analogici sotto forma di funzioni continue, mentre i segnali dei circuiti digitali sono segnali digitali discreti, che sono per lo più rappresentati da 0 e 1. Tuttavia, molti circuiti includono sia circuiti analogici che digitali.

Circuito analogico

La tensione o corrente nel circuito analogico è un segnale analogico sotto forma di funzione continua. Può essere diviso in circuiti lineari e circuiti non lineari.

Nei circuiti analogici, i segnali di corrente e tensione di resistenze, condensatori, elementi induttivi e trasformatori sono in una relazione lineare. Tali elementi sono chiamati elementi lineari. I circuiti composti da soli elementi lineari sono chiamati circuiti lineari. Il circuito lineare è facile da analizzare.

I componenti i cui segnali di corrente e tensione non sono lineari sono chiamati componenti non lineari, come miscelatori, modulatori, tubi a vuoto, amplificatori a transistor, amplificatori operativi e oscillatori. Se il circuito ha componenti non lineari, è difficile analizzarli. Se la tensione e la corrente sono vicine a un certo valore (indicato come punto di lavoro), i modelli di piccoli segnali possono essere utilizzati per simulare i componenti non lineari con componenti lineari per semplificare l'analisi e il calcolo.

I componenti dei circuiti analogici possono anche essere suddivisi in componenti attivi e passivi. I componenti attivi appartengono a componenti non lineari, come transistor, tubi a vuoto e amplificatori operativi. Le caratteristiche di molti circuiti analogici sono generate dalle caratteristiche dei componenti attivi.

Ci sono pochi circuiti analogici puri nei dispositivi attuali, e molti circuiti analogici sono combinati con tecnologia digitale o addirittura a microprocessore per migliorare le loro prestazioni. Questo tipo di circuito può anche essere classificato come circuito a "segnale misto". Alcuni circuiti sono difficili da distinguere tra circuiti analogici e circuiti digitali. Ad esempio, l'ingresso di un comparatore è un segnale analogico, ma la sua uscita ha solo due livelli, che sono segnali digitali.

Circuito digitale

Ci sono diversi livelli di tensione nei circuiti digitali, che sono comunemente utilizzati per implementare l'algebra booleana e sono la base di tutti i computer digitali. Per gli ingegneri, quando si parla di circuiti digitali, "circuiti digitali", "sistemi digitali" o "logica" sono spesso intercambiabili.

L'analisi del circuito è il processo di conversione di un circuito in un sistema composto da molte incognite. Le quantità fisiche nel circuito, come la tensione di un nodo o la corrente di un percorso, diventano inconsapevoli nel sistema e quindi studiano come risolvere il sistema. Il sistema può essere lineare o non lineare. Il simulatore di circuito SPICE è uno strumento di analisi comunemente usato per l'analisi del circuito.

I moderni ingegneri elettronici possono utilizzare moduli predefiniti per la progettazione di circuiti, inclusi alimentatori, componenti semiconduttori (come transistor) e circuiti integrati. Il software di automazione elettronica di progettazione include software di creazione di diagrammi di circuito e software di progettazione del circuito stampato. Software di automazione elettronica comune include NI Multisim, Cadence (OrCAD), Pads, Altium Designer (Protel), ecc.

Per componenti elettronici si intendono i componenti utilizzati in un sistema elettronico, che possono influenzare gli elettroni o i loro campi elettrici o magnetici associati nel modo richiesto dal sistema elettronico. Le parti elettroniche sono generalmente progettate per essere collegate. La maggior parte di essi sono fissati sul circuito stampato (PCB) mediante saldatura e infine formano un circuito con una funzione specifica (come un amplificatore, ricevitore radio o oscillatore). I componenti elettronici possono essere discreti, con singoli pacchetti o componenti più complessi come circuiti integrati. I componenti elettronici comuni includono condensatori, induttori, resistenze, diodi, transistor, ecc. I componenti elettronici sono generalmente classificati come componenti attivi (come transistor o tiristor) e componenti passivi (come condensatori, resistenze e componenti di induttanza).

Nella ricerca dell'elettronica dei circuiti stampati, i metodi matematici sono indispensabili. Se vuoi avere familiarità con l'elettronica, devi avere familiarità con la matematica relativa all'analisi dei circuiti e la teoria dell'elettromagnetismo.