Teknik PCB - Analisis ciri-ciri tersembunyi komponen pasif PCB

Kedudukan komponen pasif PCB di seluruh industri elektronik adalah sama dengan yang ICs. Mereka ditempatkan di atas dan merupakan komponen penting dalam produk elektronik. Sirkuit elektronik mempunyai peranti aktif dan pasif. Komponen pasif yang disebut boleh beroperasi tanpa disambung dengan listrik, dan menghasilkan fungsi seperti mengatur arus dan tekanan, menyimpan listrik statik, mencegah gangguan elektromagnetik, dan penapis kotoran semasa.

Berbanding dengan komponen aktif, apabila tekanan komponen pasif berubah, resistensi dan impedance tidak akan berubah dengannya.

Komponen pasif boleh meliputi tiga kategori produk: penahan, induktor dan kondensator.

Secara tradisional, EMC telah dianggap sebagai "sihir hitam". Sebenarnya, EMC boleh dipahami dengan formula matematik. Namun, walaupun ada kaedah analisis matematik yang tersedia, persamaan matematik itu masih terlalu rumit untuk desain sirkuit EMC sebenar. Untungnya, dalam kerja yang paling praktik, jurutera tidak perlu memahami sepenuhnya formula matematik yang rumit dan dasar teori yang wujud dalam spesifikasi EMC. Selama mereka menggunakan model matematik sederhana, mereka boleh memahami bagaimana untuk memenuhi keperluan EMC.

Artikel ini menggunakan formula matematik sederhana dan teori elektromagnetik untuk memperlihatkan perilaku tersembunyi dan ciri-ciri komponen pasif pada papan sirkuit cetak (PCB). Ini adalah keperluan yang jurutera perlu merancang sebelumnya apabila mereka mahu membuat produk elektronik mereka melepasi standar EMC. Pasti ada pengetahuan asas.

1. Jejak kawat dan PCB

Komponen yang tampaknya tidak jelas seperti wayar, jejak, bingkai penyesuaian, dll. sering menjadi penghantar terbaik tenaga frekuensi radio (iaitu sumber EMI). Setiap komponen mempunyai induktan, yang termasuk wayar ikatan cip silikon, dan pins resistor, kondensator, dan induktor. Setiap wayar atau jejak mengandungi kapasitas parasit tersembunyi dan induktan. Komponen parasit ini akan mempengaruhi kemudahan wayar dan sangat sensitif kepada frekuensi. Menurut nilai LC (yang menentukan frekuensi resonansi diri) dan panjang jejak PCB, resonansi diri (resonansi diri) boleh dijana diantara komponen dan jejak PCB, sehingga membentuk antena radiasi efisien.

Pada frekuensi rendah, wayar biasanya hanya mempunyai ciri-ciri perlawanan. Tetapi pada frekuensi tinggi, wayar mempunyai ciri-ciri induksi. Kerana ia menjadi frekuensi tinggi, ia akan menyebabkan perubahan impedance, dan kemudian mengubah desain EMC antara wayar atau jejak PCB dan tanah. Pada masa ini, pesawat tanah dan grid tanah mesti digunakan.

Perbezaan utama antara wayar dan jejak PCB adalah bahawa wayar adalah bulat dan jejak adalah segiempat. Impedasi wayar atau jejak termasuk resistensi R dan induktansi XL = 2Ï-fL. Pada frekuensi tinggi, impedance ini ditakrif sebagai Z = R + j XL j2 Ï-fL, dan tiada reaksi kapasitatif Xc = 1/2Ï-fC. Apabila frekuensi lebih tinggi dari 100 kHz, induktan lebih besar daripada resistensi. Pada masa ini, wayar atau jejak bukan lagi wayar yang menyambung perlawanan rendah, tetapi inductans. Secara umum, wayar atau jejak yang berfungsi di atas frekuensi audio patut dianggap sebagai induktan, dan tidak lagi dianggap sebagai resisten, dan boleh menjadi antena frekuensi radio.

Panjang kebanyakan antena sama dengan 1/4 atau 1/2 panjang gelombang (λ) frekuensi tertentu. Oleh itu, dalam spesifikasi EMC, wayar atau jejak tidak dibenarkan untuk bekerja di bawah λ/20 frekuensi tertentu, kerana ini akan tiba-tiba mengubahnya menjadi antena prestasi tinggi. Induksi dan kapasitasi akan menyebabkan resonansi sirkuit, fenomena ini tidak akan direkam dalam spesifikasi mereka.

Contohnya: Anggap ada jejak 10 cm, R = 57 m Ω, 8 nH/cm, jadi nilai induksi total ialah 80 nH. Pada 100 kHz, reaksi induktif 50 m Ω boleh diperoleh. Apabila frekuensi melebihi 100 kHz, jejak ini akan menjadi induktan, dan nilai resistensinya boleh diabaikan. Oleh itu, jejak 10 cm ini akan membentuk antena radiasi efisien apabila frekuensi melebihi 150 MHz. Kerana pada 150 MHz, panjang gelombang λ = 2 meter, jadi λ/20 = 10 cm = panjang jejak; jika frekuensi lebih besar dari 150 MHz, panjang gelombang λ akan lebih kecil, dan nilai 1/4λ atau 1/2λ akan menjadi Ia dekat dengan panjang jejak (10 cm), jadi antena sempurna membentuk secara perlahan-lahan.

2. Keperlawanan

Resistor adalah komponen paling umum ditemui pada PCB. Material penentang (sintesis karbon, filem karbon, mika, jenis angin..., ...dll.) menghapuskan kesan balas frekuensi dan kesan EMC. Penegang luka wayar tidak sesuai untuk aplikasi frekuensi tinggi kerana terdapat terlalu banyak induktan dalam wayar. Walaupun resisten filem karbon mengandungi induktan, kadang-kadang mereka sesuai untuk aplikasi frekuensi tinggi kerana induktan pins tidak besar.

Tiga, kapasitasi PCB

Kapasitor biasanya digunakan dalam bas kuasa untuk menyediakan pemisahan, bypass, dan menjaga tegangan DC tetap dan fungsi semasa (bulk). Kondensator yang benar-benar murni akan menyimpan nilai kapasitasinya sehingga ia mencapai frekuensi resonan diri. Selain frekuensi resonansi diri ini, ciri-ciri kapasitasi akan menjadi seperti induktan. Ini boleh dijelaskan dengan formula: Xc=1/2ϣfC, Xc adalah reaksi kapasitif (unit adalah Ω). Contohnya: kondensator elektrolitik 10μf, pada 10 kHz, reaksi kondensatif adalah 1.6Ω; pada 100 MHz, ia jatuh ke 160μΩ. Oleh itu, pada 100 MHz, terdapat kesan sirkuit pendek, yang ideal untuk EMC. Namun, parameter elektrik kondensator elektrolitik: induktansi siri yang sama (ESL) dan resistensi siri yang sama (ESR), akan hadapi kondensator ini hanya bekerja pada frekuensi di bawah 1 MHz.

Penggunaan kondensator PCB juga berkaitan dengan induksi pin dan struktur volum. Faktor ini menentukan bilangan dan saiz induksi parasit. Induktan parasitik wujud diantara wayar penywelding kondensator. Mereka menyebabkan kondensator bertindak seperti induktan apabila ia melebihi frekuensi resonansi diri. Oleh itu, kondensator kehilangan fungsi asalnya.