Thông tin PCB - Giới thiệu về Circuit Board Electronics

Điện tử là một nhánh của vật lý chuyên về điện tử, thiết bị điện tử, mạch điện tử và các chủ đề khác. Nó sử dụng các công nghệ kết nối của các thành phần điện tử như "thiết bị hoạt động" và "thiết bị thụ động" liên quan để tạo thành mạch.

Bảng mạch điện tử

Điện tử là một nhánh của vật lý chuyên về điện tử, thiết bị điện tử, mạch điện tử và các chủ đề khác. Nó sử dụng các thành phần điện tử như "thiết bị hoạt động" (như ống chân không, điốt, bóng bán dẫn và mạch tích hợp) và "thiết bị thụ động" liên quan để xây dựng công nghệ kết nối mạch.

Các đặc tính phi tuyến của thiết bị hoạt động và khả năng điều khiển dòng điện tử có thể khuếch đại tín hiệu yếu, cho phép các thiết bị điện tử bảng mạch được sử dụng rộng rãi trong xử lý thông tin, truyền thông và xử lý tín hiệu. Các đặc tính chuyển mạch của thiết bị điện tử làm cho nó có thể xử lý tín hiệu kỹ thuật số. Các công nghệ kết nối như bảng mạch và gói điện tử, cũng như các thành phần cơ sở hạ tầng truyền thông khác nhau, cải thiện chức năng của mạch và làm cho các thành phần được kết nối trở thành một hệ thống chức năng.

Điện tử bảng mạch khác với khoa học điện và cơ điện. Khoa học và Công nghệ Điện là ngành liên quan đến việc sản xuất, phân phối, chuyển đổi, lưu trữ và chuyển đổi năng lượng điện, chuyển đổi các dạng năng lượng khác thành năng lượng điện thông qua dây điện, động cơ, máy phát điện, pin, công tắc, rơle, máy biến áp, điện trở và các thiết bị thụ động khác.

Năm 1897, Joseph Thomson phát hiện ra sự tồn tại của electron và đây là nguồn gốc của electron. Các thiết bị điện tử ban đầu sử dụng ống chân không để điều khiển dòng electron, nhưng chúng có những nhược điểm như chi phí cao và khối lượng lớn. Ngày nay, hầu hết các thiết bị điện tử sử dụng các thiết bị bán dẫn để điều khiển các thiết bị điện tử. Ống chân không vẫn có một số ứng dụng đặc biệt như bộ khuếch đại tần số vô tuyến công suất cao, ống tia cathode, thiết bị âm thanh chuyên nghiệp và magnetron đa khoang trong thiết bị vi sóng.

Nghiên cứu và các công nghệ liên quan đến các thiết bị bán dẫn là một nhánh của vật lý trạng thái rắn, nhưng thiết kế và xây dựng các mạch điện tử để giải quyết các vấn đề thực tế là phạm trù của kỹ thuật điện tử.

Mạch có thể được chia thành hai loại: analog và digital. Tín hiệu điện áp và dòng điện trước đây là tín hiệu tương tự dưới dạng chức năng liên tục, trong khi tín hiệu của mạch kỹ thuật số là tín hiệu kỹ thuật số rời rạc, chủ yếu được biểu thị bằng 0 và 1. Tuy nhiên, nhiều mạch bao gồm cả analog và digital.

Mạch analog

Điện áp hoặc dòng điện trong mạch analog là tín hiệu analog dưới dạng một chức năng liên tục. Nó có thể được chia thành các mạch tuyến tính và phi tuyến tính.

Trong mạch analog, các tín hiệu hiện tại và điện áp của điện trở, tụ điện, phần tử cảm ứng và máy biến áp có mối quan hệ tuyến tính. Yếu tố này được gọi là Linear Element. Một mạch chỉ bao gồm các thành phần tuyến tính được gọi là một mạch tuyến tính. Mạch tuyến tính dễ phân tích.

Các bộ phận mà tín hiệu hiện tại và điện áp không phải là tuyến tính được gọi là các bộ phận phi tuyến tính, ví dụ như bộ trộn, bộ điều biến, bóng chân không, bộ khuếch đại transistor, bộ khuếch đại hoạt động và bộ dao động. Nếu có các thành phần phi tuyến trong mạch, rất khó để phân tích chúng. Nếu điện áp và dòng điện tiếp cận một giá trị nhất định (được gọi là điểm làm việc), các mô hình tín hiệu nhỏ có thể được sử dụng để mô phỏng các thành phần phi tuyến tính với các thành phần tuyến tính để đơn giản hóa phân tích và tính toán.

Các thành phần của mạch analog cũng có thể được chia thành các thành phần hoạt động và thụ động. Các thành phần hoạt động thuộc về các thành phần phi tuyến như bóng bán dẫn, ống chân không và bộ khuếch đại hoạt động. Các tính chất của nhiều mạch analog được tạo ra bởi các tính chất của các thành phần hoạt động.

Có rất ít mạch analog thuần túy trong các thiết bị hiện tại và nhiều mạch tương tự được kết hợp với công nghệ kỹ thuật số hoặc thậm chí là bộ vi xử lý để cải thiện hiệu suất của chúng. Loại mạch này cũng có thể được phân loại là mạch "tín hiệu hỗn hợp". Một số mạch có thể khó phân biệt giữa analog và digital. Ví dụ, đầu vào của bộ so sánh là tín hiệu analog, nhưng đầu ra của nó chỉ có hai mức là tín hiệu kỹ thuật số.

Mạch kỹ thuật số

Có một số mức điện áp khác nhau trong mạch kỹ thuật số, thường được sử dụng để thực hiện đại số Boolean và là cơ sở cho tất cả các máy tính kỹ thuật số. Đối với các kỹ sư, "mạch kỹ thuật số", "hệ thống kỹ thuật số" hoặc "logic" thường có thể hoán đổi cho nhau khi thảo luận về mạch kỹ thuật số.

Phân tích mạch là quá trình chuyển mạch thành một hệ thống gồm nhiều thành phần chưa biết. Các đại lượng vật lý trong mạch, chẳng hạn như điện áp của nút hoặc dòng điện của đường đi, trở thành ẩn số trong hệ thống và sau đó nghiên cứu cách giải quyết hệ thống. Hệ thống có thể là tuyến tính hoặc phi tuyến tính. SPICE Circuit Simulator là một công cụ phân tích mạch phổ biến.

Các kỹ sư điện tử hiện đại có thể sử dụng các mô-đun được xác định trước để thiết kế mạch, bao gồm nguồn điện, các thành phần bán dẫn như bóng bán dẫn và mạch tích hợp. Phần mềm tự động hóa thiết kế điện tử bao gồm phần mềm tạo sơ đồ mạch và phần mềm thiết kế bảng mạch in. Các phần mềm tự động hóa thiết kế điện tử phổ biến bao gồm NI Multisim, Cadence (OrCAD), Pads, Altium Designer (Protel), v.v.

Một linh kiện điện tử là một thành phần được sử dụng trong một hệ thống điện tử có thể ảnh hưởng đến một electron hoặc điện trường hoặc từ trường liên quan của nó theo cách cần thiết cho một hệ thống điện tử. Các bộ phận điện tử thường được thiết kế để kết nối. Chúng chủ yếu được cố định vào bảng mạch in (PCB) bằng cách hàn, cuối cùng tạo thành các mạch có chức năng cụ thể (chẳng hạn như bộ khuếch đại, bộ thu vô tuyến hoặc bộ dao động). Các linh kiện điện tử có thể tách rời với các gói riêng biệt hoặc các thành phần phức tạp hơn, chẳng hạn như mạch tích hợp. Các linh kiện điện tử phổ biến bao gồm tụ điện, cuộn cảm, điện trở, điốt, bóng bán dẫn, v.v... Các linh kiện điện tử thường được chia thành các thành phần hoạt động (như bóng bán dẫn hoặc thyristor) và thụ động (như tụ điện, điện trở và cảm biến).

Trong nghiên cứu điện tử bảng mạch, phương pháp toán học là không thể thiếu. Nếu bạn muốn làm quen với điện tử, bạn cần làm quen với các lý thuyết toán học và điện từ liên quan đến phân tích mạch.