Leiterplatte Blog - Einführung in die Leiterplattenelektronik

Elektronik ist ein Zweig der Physik, der auf das Studium von Elektronik, elektronischen Geräten, elektronischen Schaltungen und anderen Themen spezialisiert ist. Es verwendet elektronische Komponenten wie "aktive Geräte" und verwandte "passive Geräte", um die Verbindungstechnologie von Schaltungen zu bilden.

Elektronik für Leiterplatten

Elektronik ist ein Zweig der Physik, der auf das Studium von Elektronik, elektronischen Geräten, elektronischen Schaltungen und anderen Themen spezialisiert ist. Es verwendet elektronische Komponenten wie "aktive Geräte" (wie Vakuumröhren, Dioden, Transistoren und integrierte Schaltungen) und verwandte "passive Geräte", um die Verbindungstechnologie von Schaltungen zu konstruieren.

Die nichtlinearen Eigenschaften aktiver Geräte und ihre Fähigkeit, den Elektronenfluss zu steuern, können schwache Signale verstärken und Leiterplattenelektronik weit verbreitet in der Informationsverarbeitung, Kommunikation und Signalverarbeitung machen. Die Schalteigenschaften elektronischer Geräte ermöglichen die Verarbeitung digitaler Signale. Verbindungstechnologien wie Leiterplatten und elektronische Verpackungen sowie verschiedene Formen von Kommunikationsinfrastrukturkomponenten haben die Schaltungsfunktionalität verbessert und vernetzte Komponenten zu einem funktionierenden System gemacht.

Leiterplattenelektronik unterscheidet sich von der elektrischen und elektromechanischen Wissenschaft und Technologie. Elektrische und elektrische Wissenschaft und Technologie sind Disziplinen im Zusammenhang mit der Erzeugung, Verteilung, Schalten, Speichern und Umwandlung von elektrischer Energie, Umwandlung von anderen Formen von Energie in elektrische Energie durch Drähte, Motoren, Generatoren, Batterien, Schalter, Relais, Transformatoren, Widerstände und andere passive Geräte.

In 1897 entdeckte Joseph Thomson die Existenz von Elektronen, die der Ursprung der Elektronik waren. Frühe Elektronik verwendete Vakuumröhren, um den Elektronenfluss zu steuern, aber sie hatten Nachteile wie hohe Kosten und großes Volumen. Heutzutage verwenden die meisten elektronischen Geräte Halbleiterbauelemente, um Elektronik zu steuern. Vakuumröhren haben noch einige spezielle Anwendungen, wie Hochleistungs-HF-Verstärker, Kathodenstrahlröhren, professionelle Audiogeräte und Multi-Kavitäten-Magnetrone in Mikrowellengeräten.

Die Forschung und verwandte Technologie von Halbleiterbauelementen ist ein Zweig der Festkörperphysik, aber das Entwerfen und Bauen elektronischer Schaltungen zur Lösung praktischer Probleme ist der Anwendungsbereich der elektronischen Technik.

Schaltungen können grob in zwei Kategorien unterteilt werden: analoge Schaltungen und digitale Schaltungen. Die Spannungs- und Stromsignale der ersteren sind analoge Signale in Form von kontinuierlichen Funktionen, während die Signale digitaler Schaltungen diskrete digitale Signale sind, die meist durch 0 und 1 dargestellt werden. Viele Schaltungen umfassen jedoch sowohl analoge als auch digitale Schaltungen.

Analogschaltung

Die Spannung oder der Strom in der analogen Schaltung ist ein analoges Signal in Form einer kontinuierlichen Funktion. Es kann in lineare und nichtlineare Schaltungen unterteilt werden.

In analogen Schaltungen stehen die Strom- und Spannungssignale von Widerständen, Kondensatoren, induktiven Elementen und Transformatoren in einer linearen Beziehung. Solche Elemente werden lineare Elemente genannt. Schaltungen, die nur aus linearen Elementen bestehen, werden lineare Schaltungen genannt. Die lineare Schaltung ist leicht zu analysieren.

Komponenten, deren Strom- und Spannungssignale nicht linear sind, werden nichtlineare Komponenten genannt, wie Mischer, Modulatoren, Vakuumröhren, Transistorverstärker, Operationsverstärker und Oszillatoren. Wenn die Schaltung nichtlineare Komponenten hat, ist es schwierig, sie zu analysieren. Wenn Spannung und Strom nahe einem bestimmten Wert liegen (als Arbeitspunkt bezeichnet), können kleine Signalmodelle verwendet werden, um die nichtlinearen Komponenten mit linearen Komponenten zu simulieren, um Analyse und Berechnung zu vereinfachen.

Die Komponenten analoger Schaltungen können auch in aktive und passive Komponenten unterteilt werden. Aktive Komponenten gehören zu nichtlinearen Komponenten wie Transistoren, Vakuumröhren und Operationsverstärker. Die Eigenschaften vieler analoger Schaltungen werden durch die Eigenschaften aktiver Komponenten erzeugt.

Es gibt nur wenige rein analoge Schaltungen in Stromgeräten, und viele analoge Schaltungen werden mit digitaler oder sogar Mikroprozessor-Technologie kombiniert, um ihre Leistung zu verbessern. Diese Art von Schaltung kann auch als "gemischtes Signal" Schaltung klassifiziert werden. Einige Schaltungen sind schwer zwischen analogen und digitalen Schaltungen zu unterscheiden. Zum Beispiel ist der Eingang eines Komparators ein analoges Signal, aber sein Ausgang hat nur zwei Ebenen, die digitale Signale sind.

Digitale Schaltung

Es gibt mehrere verschiedene Spannungsebenen in digitalen Schaltungen, die üblicherweise zur Implementierung der Booleschen Algebra verwendet werden und die Grundlage aller digitalen Computer sind. Für Ingenieure, wenn es um digitale Schaltungen geht, sind "digitale Schaltungen", "digitale Systeme" oder "Logik" oft austauschbar.

Schaltungsanalyse ist der Prozess der Umwandlung einer Schaltung in ein System, das aus vielen Unbekannten besteht. Die physikalischen Größen in der Schaltung, wie die Spannung eines Knotens oder der Strom eines Pfades, werden im System unbekannt und untersuchen dann, wie das System gelöst werden kann. Das System kann linear oder nichtlinear sein. SPICE Schaltungssimulator ist ein häufig verwendetes Analysewerkzeug für Schaltungsanalyse.

Moderne Elektroniker können vordefinierte Module für das Schaltungsdesign verwenden, einschließlich Netzteile, Halbleiterkomponenten (wie Transistoren) und integrierte Schaltungen. Elektronische Design-Automatisierungssoftware umfasst Schaltplanerstellungssoftware und Leiterplattendesignsoftware. Die gängige Automatisierungssoftware für elektronische Konstruktionen umfasst NI Multisim, Cadence (OrCAD), Pads, Altium Designer (Protel) usw.

Elektronische Bauelemente sind die Komponenten, die in einem elektronischen System verwendet werden, die Elektronen oder die damit verbundenen elektrischen oder magnetischen Felder in der vom elektronischen System geforderten Weise beeinflussen können. Elektronische Teile sind in der Regel für den Anschluss ausgelegt. Die meisten von ihnen werden durch Löten auf der Leiterplatte (PCB) befestigt und bilden schließlich eine Schaltung mit einer bestimmten Funktion (wie Verstärker, Radioempfänger oder Oszillator). Elektronische Komponenten können diskret sein, mit einzelnen Paketen oder komplexeren Komponenten wie integrierten Schaltungen. Allgemeine elektronische Komponenten umfassen Kondensatoren, Induktivitäten, Widerstände, Dioden, Transistoren usw. Elektronische Komponenten werden im Allgemeinen als aktive Komponenten (wie Transistoren oder Thyristoren) und passive Komponenten (wie Kondensatoren, Widerstände und Induktivitätskomponenten) klassifiziert.

In der Forschung der Leiterplattenelektronik sind mathematische Methoden unverzichtbar. Wenn Sie mit Elektronik vertraut sein wollen, müssen Sie mit der Mathematik im Zusammenhang mit Schaltungsanalyse und der Theorie des Elektromagnetismus vertraut sein.