איך לקרוא PCB ולזהות רכיבים: המדריך השלם ללוחות מעגלים

מבוא ללוחות מעגל מודפסים וניתוח מעגלים

פלטות חיבור מודפסות ( PCBs ) הן ליבה של מוצרים אלקטרוניים מודרניים; כמעט כל המכשירים מסתמכים עליהן. סוגים שונים של רכיבים אלקטרוניים מסודרים, מחוברים ומותקנים על פלטות החיבור, ויוצרים יחד את הבסיס של המכשירים הללו.

לוח מעגל מודפס (PCB) דומה למפה מפורטת. כדי ללמוד איך לפרש אותו, חשוב להבין לא רק את סידור הרכיבים אלא גם את נתיבי התوוך שמעבירים אותות חשמליים וזרם. ללא תלות ברמת המומחיות שלכם בתחום האלקטרוניקה, עליכם לשלוט בשלוש כישורים בסיסיים: זיהוי רכיבים, פרשנות PCB וניתוח מקיף של מעגלים אלקטרוניים.

למה?

• עוזר לך לאבחן תקלות ולבצע תיקונים
• עוזר באופטימיזציה של עיצובים מבחינת ביצועים ועמידות
• מאפשר לך לשנות או לשדרג מעגלים קיימים
• מאפשר לך לבצע הנדסת הפוך או ליצור מסמכים למוצרים ישנים

מדריך זה ילמד אותך לא רק איך לזהות כל רכיב, להבין את התפקוד החשמלי שלו ולקרוא דיאגרמות מעגלים, אלא גם יאפשר לך לבצע ניתוח מעגל כדי להבין איך ההתקנים האלקטרוניים שלך פועלים.

מקרו של שלט מעגלי מודפס: אנטומיה, שכבות ותכונות נפוצות

המבנה המקרוסקופי של לוח מעגלים מודפס — האלמנטים הארכיטקטוניים העיקריים שלו — קובע את המגבלות ואת מורכבות הקריאה שלו. בין אם בודקים לוח דו-שכבי פשוט או מנתחים עיצוב רב-שכבי במהירות גבוהה, הבנת העקרונות הבסיסיים הבאים היא חיונית:

שכבות של לוח המעגל (PCB)

ניתן ליצור לוח מעגלים מודפס (PCB) משכבה אחת של נחושת ועד עשרות שכבות — כל שכבה משרתת פונקציה מסוימת של חיווט או הפצת חשמל.

מוצרים אלקטרוניים מודרניים משתמשים לרוב בלוחות מעגלים מודפסים עם 4, 6 או אפילו 12 שכבות ויותר, כדי להשיג צפיפות גבוהה ומהירות גבוהה.

תכונות עיקריות נוספות בתכנון לוחות חשמל

• Via'ים: Via'ים הם חורים מצפים בנחושת המחברים בין עקבות בשכבות שונות, ומאפשרים לרכיבים לתקשר בין שכבת PCB שונות.
• פדים: שטחים עגולים או מרובעים של נחושת לצורך לחימור רגלי רכיבים או חלקים מסוג SMD.
• עקבות: קווי נחושת דקים (חוטים על לוח PCB) העושים שילוב של אותות וחשמל. הרוחב והנתיב משפיעים על ביצועי המעגל.
• טביעות רכיבים: המבנים המדויקים שבהם מותקנים ומחומרים רכיבים ספציפיים.
• נקודות בדיקה: רכיבים קטנים או פדים המשמשים לבדיקת אותות נתונים בין רכיבים במהלך בדיקת וניתוח המעגל.

למה חשוב לקרוא לוחות מעגל ולזהות רכיבים

בין אם אתה מעצב PCB, טכנאי תיקון או חובב אלקטרוניקה, תוכל להפיק תועלת מיכולת לפרש באופן מדויק שלוחות מעגלים:

• אבחון בעיות: כאשר ציוד נכשל, קריאת לוח המעגל וזיהוי רכיבים יכולים לאתר בצורה מדויקת את אזור הבעיה, ובכך לחסוך זמן רב בתהליך האבחנה.
• משוב עיצוב: ניתוח הקשר בין רכיבים על לוח מעגלים יכול לחשוף בעלות עיצוב ולהצביע על הזדמנויות אופטימיזציה.
• שדרוג והמרה: אם ברצונך להחליף קבל לביצועים טובים יותר או להוסיף מסנן, עליך לשלוט במיומנות של קריאת תבנית הרכיבים על לוח המעגלים.
• אספקת רכיבים ורכש: קריאת לוחות מעגלים עוזרת ליצור רשימות חומרים מדויקות לייצור, תיקון ושימור.
• הכשרת טכנאים חדשים: הבנה חזקה של מבנה לוחות מעגלים וזיהוי רכיבים היא יסוד מרכזי לעובדים ולסטודנטים שמבקשים להתעמק בעיצוב מעגלים מורכבים.

הכרת דיאגרמות מעגלים, סימנים סכמתיים ועמדות PCB

הכרת תרשימי מעגלים היא חיונית לצורך המרה של עיצובים מושגיים למערך פיסי של עקבות על לוחות מעגלים מודפסים.

סמלים סכמתיים ועמדות PCB

• דיאגרמת סכמה: משתמשים בסמלים גרפיים סטנדרטיים כדי לייצג לוחות חשמליים, רכיבים וחיבורים חשמליים שלהם.
• מספרי זיהוי של רכיבים: קודים ייחודיים של אות-מספר (R13, C5, U2) מפשטים את איתור הרכיבים.
• עמדות: הגרסה ב-PCB של הסמל הסכמתי של הרכיב – מציינת איפה ואיך מותקנים הרכיבים על הלוח.

מספרי זיהוי נפוצים של רכיבים

סוגי רכיבים על הלוח: פעילים, שליליים, ונוספים

רכיבים פסיביים

• נגדים: משמש להגדרת זרמים/מתחים לפי חוק אום, הקצאת מתח בסיסטרנזיסטורים, שורות לוגיקה עם משיכת-למעלה/משיכת-למטה.
• קבלים: אחסן אנרגיה (פאראד), משמש לסינון, הפרדה והזמנת מעגלים; סוגיים שונים (קרמי, חשמלי, טנטלום) מתאימים לאינפורמציה שונה.
• סלילים: אחסן אנרגיה בשדות מגנטיים, חלק זורם של זרם במקורותי כוח (משומשים בסינון).

רכיבים פעילים (ההמשך)

• דיודות: בעיצובים מורכבים של מעגלים, דיודות, בנוסף ליישור, יכולות גם לבצע פונקציות שונות כמו סנכרן מתח (דיודות זנר), פליטת אור (LEDs), והפרדת אותות.
• מעגלים משולבים (ICs): מעגלים משולבים אלו משולבים בתוכם מעגלים אלקטרוניים שלמים כגון מגברי אופ, מוסבי מתח, מיקרו-בקרים, מעבדים אנלוגיים ו디ジיטליים, וכדומה על שבב אחד. כל מעגל משולב מכיל רכיבים אלקטרוניים רבים המחוברים יחד בצורה דחוסה ומיניאטורית מאוד כדי לבצע פונקציות של הגברה וס witches.

קטגוריות רכיבים נוספות

• מחברים וקפיצים: הוא מספק חיבורים חשמליים ופיזיים למגוון של לוחות פסיבי (PCB) או נקודות על הסיפון, ומאפשר מודולריות, שדרוגים קלים ובדיקות פשוטות.
• חיישנים ומכשירים אלקטרו-מכניים: התקנים אלו כוללים חיישני טמפרטורה, אור או לחץ, רеле, ורכיבים אלקטרו-מכניים קטנים כגון מנועים וזמזמים.
• רכיבי הגנה וסינון: 퓨ז, MOVs (שסתומים מתכתיים של חומרי מתכת), וחרוזי פריטים משמשים להגנה על מעגלים רגישים במהלך חריגות וסינון רעשים של EMI/RFI.

איך לקרוא לוח פסיבי: תהליך צעד אחר צעד

להלן מתוארת הדרך לקריאה שיטתית של שלוחות PCB וזיהוי הרכיבים לצורך ניתוח ותיקון מעגלים:

1. סקור את פני ה-PCB

ראשית, בדוק חזותית את פני השטח של לוח המעגל המודפס. התבונן ב:

• הרכיבים הגדולים ביותר (למשל, טרנספורמטורים, ICs, מחברים).
• قسم קלט הכוח (שקע DC, מגעי סוללה או יציאת USB).
• מחברים קצה ויציאות ממשק.

2. איתור סימוני הרכיבים

שים לב לתוויות המשי על לוח המעגל, כגון R, C, L, Q, U ו-D. אלו הם מזהי רכיבים שמתאימים לתרשים המעגל או לפירוט החומרים. זו הדרך הקלה ביותר לזהות כל רכיב ולהתאים אותו לסמל שלו בתרשים המעגל.

3. הבנת מקטעי המעגל

רוב האלקטרוניקה המודרנית מארגנת את לוח המעגל לפי בלוקים פונקציונליים. למשל:

• 섹tor אספקת הכוח: יישור (דיודות, גשר יישור), סינון (קבלים), סטיה (מיקרו מעגלים, דיודות זנר).
• 섹טור המיקרו-בקר/לוגיקה: מיקרו מעגלים ורכיבים עוזרים.
• 섹ציה של קלט/פלט: מחברים, מתגים, רכיבים קטנים כמו קondenסורים ותילי נגד.
• 섹ציה של RF/אנלוגי: רכיבים המשמשים להגברים, מסננים, אנטנות—לעיתים מוגנים למניעת הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI).

4. זיהוי עקומות ומוליכים מרכזיים

בקריות מעגלים מרובות שכבות או עם צפיפות רכיבים גבוהה, עקומות עשויות לארוך לאורך כל הלוח או לעבור דרך שכבות פנימיות. מיפתחים משמשים לחיבור קווי אות בין השכבות, ובדיקה זהירה (לפעמים עם זכוכית מגדלת) יכולה לחשוף כיצד הרכיבים מחוברים זה לזה.

5. בדיקת כיוון נכון לרכיבים קוטביים

יש לבדוק תמיד את הכיווניות הנכונה לרכיבים קוטביים:

• קבלים חשמליים וניאוביום
• דיודות (פס = קטודה)
• דיודות (צד שטוח או רגל קצרה = קתודה)
• מעגלים משולבים (פין 1 מסומן על ידי נקודה או חציון)
• נקודות על מעגלים מייצגות קוטביות של הליפוף

רכיב שהופך לקוטב יכול לפגוע במעגל או להוריד את ביצועיו הכלליים.

סימני רכיבים ותוויות: כיצד לזהות כל רכיב

מזהי רכיבים הם כלי מרכזי לפענוח של לוחות מעגלים וזיהוי מדויק של כל רכיב.

טבלת ייחוס מהירה לסימנים:

כיוון נכון לרכיבים קוטביים

ודא כי כל הרכיבים הקוטביים מכוונים נכון, שכן זה מהותי לפעולה בטוחה ואמינה של כל מעגל:

• קבלים חשמליים: הרגל של הקוטב השלילי (‘–’) בדרך כלל קצרה יותר ומתאימה לצינוריה על גוף הקבל, כמו שמסומן גם על שכבת הסילקסקرين של הלוח.
• דיודות/LEDs: הצינוריה מסמנת את הקתודה; ב-LEDs מסוג SMD, קצה שטוח או נקודה מסמנים לעתים קרובות את הקתודה.
• קפסולות טנטלום : מסומן בדרך כלל עם סימן ‘+’ בצד החיובי.
• מעגלים מודפסים: הסיכה מסומנת על ידי נקודה, חריץ או פד ריבועי; יש להתאים את הסיכה למדבקה על לוח המעגל המודפס.
• טראנספורמטורים: נקודות אלו משמשות כדי לציין את מיקום ההתחלה של הلفים. כל חיבורי הلفים חייבים להתבצע בהתאם מלא למخطط המעגל, כדי להימנע משגיאות פאזה.

התעלמות מהכיוון הנכון עשויה לגרום לכשל מיידי של הרכיב או נזק למעגל כולו.

טיפים למציאת רכיבים ספציפיים במהירות

• השתמש במخطط ובتخطيط לוח המעגל: חפש את מספר התיוג של הרכיב במخطط והוצא את תווית המדבקה המתאימה על לוח המעגל.
• שיטת המסמן: אחרי הדפסת המخطط, זהה את הרכיבים בפועל על המخطط המודפס תוך ציון רכיבים מאושרים בעזרת סמן, כדי למנוע בלבול.
• חלק את לוח המעגל: ניתן לחלק את לוח המעגל לפונקציות פיזיות או לוגיות בהתאם לפונקציותיו (כוח, אות, קלט/פלט, MCU, RF) כדי לאפשר אבחון תקלות ממוקד.
• הגדלה: בעת בדיקה של PCB קטן או צפוף, ניתן להשתמש במנורה מגדלת או במיקרוסקופ כדי להבחין בסימונים דקיקים של שרוול או חריטה.
• בדיקת רציפות: יש להשתמש במצב בדיקת הרציפות של רב-מודד כדי לוודא האם החיבורים של רכיבים שונים במעגל נכונים, או כדי לעקוב אחר רשתות חבויות.

רכיבים המשמשים בסינון, אחסון, הגברה וס witches

• נגדים וקבלים בשימוש נרחב במעגלים שונים וברכיבים עם מספר גדול של פינים, בעיקר לצורך סינון והפרדה. למשל, קבלים לעיתים קרובות מחוברים במקביל למקור המתח כדי לדכא גלי מתח על ידי איחסון ושחרור מהיר של מטען.
• סלילים וקבלים משמשים לעתים קרובות כזוג (יוצרים מעגלי LC) כאלמנטים פונקציונליים שונים בסינון, מתנדים או מעגלי 조정 בתדר רדיו.
• טרנזיסטורים/מעגלים משולבים: רכיב זה בשימוש נרחב במעגלי הגברה ובמתגים, וכן ביישום פעולות לוגיות ואחסון מידע במערכות דיגיטליות.
• טראנספורמטורים: יעילים לבידוד אותות AC או לשינוי מתח (במיוחד ביישומי חשמל ושמע).
• דיודות: רכיב זה משמש בעיקר בזרם ישר (DC), כדי למנוע חיבורי מתח הפוכים, וליצירת מתח ייחוס.
• מפסקים ו릴יים: משמשים לחיסכון באנרגיה או לאחסון נתונים (שינוי מצב המעגל באופן זמני או קבוע).

קריאה מתקדמת: בדיקת לוחות חיבור, תכנון וניתוח

טכניקות בדיקת PCB

בדיקת PCB ויזואלית:

• חפש רכיבים שרופים, מתנפחים, cracked, מחוללים או משובשים.
• בדוק חיבורי לحام על שברים, גשרים או חיבורים קרים – עשה שינוי לפי הצורך.

בדיקה פונקציונלית:

• מדוד מתחים על פני רכיבים חשודים ישירות על הלוח.
• השתמש בנקודות בדיקה כדי לבדוק אותות ספציפיים, לאישור פעילות או למציאת תקלות.

רנטגן, AOI ו-ICT:

• בדיקת איכות של PCBs צפופים/רב-שכבות דורשת ציוד מיוחד כגון AOI, רנטגן או ICT לזיהוי תקלות נסתרות שקשה לראות בעין בלתי מזוינת.

ניתוח מעגל: פרשנות של תבניות לוחות מעגל

• עקוב אחר נתיב האות: התחל בקלט, עקוב דרך מסננים, מגברים, והלאה לפלט.
• בדוק את שלמות המתח: ודא שכל מסילה של מתח מגיע לכל רכיב רלוונטי.
• הדמיה במקרה של ספק: לפני דיבאגינג חומרתי, ניתן להשתמש בתוכנת עיצוב PCB כדי לבצע ניתוח הדמיה של העיצוב התיאורטי.

עיצוב לבטחון

• מיקום רכיבים: יש להציב רכיבים רגישים או בעלי תדר גבוה קרוב לרכיבי IC רלוונטיים (למשל, קבלים המשמשים לשחרור בדקי כח).
• ניהול תרמי: שימוש בחורים תרמיים או פסי נחושת בשטח גדול כדי להשיג פיזור חום אחיד ולהאריך את חיי הרכיבים.
• EMI וכידוד: שמרו על מעגלים במהירות גבוהה קצרים והרחיקו אותם מחלקים אנלוגיים רגישים.

שאלות נפוצות (שאלות נפוצות) על איך לקרוא PCB

שאלה: האם אפשר ללמוד לקרוא PCB ללא השכלה רשמית?

תשובה: כמובן! אנו ממליצים להתחיל עם ערכת הבסיס, ללמוד דרך מקורות באינטרנט ולתרגל על ידי פריקת לוחות מעגלים ישנים.

שאלה: כיצד קוראים את לוח המעגלים אם אין תרשים?

תשובה: הפיכת מהנדס: רשמו את המסומנות, עקבו אחר החיבורים בעזרת מד הצמידות, זהו כל רכיב וציירו תרשים מעגל ייחוס בהתאם.

שאלה: כיצד מחליפים רכיבים קטנים על לוחות מעגלים מודפסים צפופים?

א: לפעולה זו נדרשים קמצים בעלי קצה עדין, מברג חימר עם בקרת טמפרטורה מדויקת (או תחנת חימר אויר חם להסרת רכיבים שטוחים), ואביזרי תאורה ורמיה מתאימים. לפני החלפת כל רכיב יש לבדוק בזהירות את מספר הרכיב ואת כיוון ההתקנה שלו. לאחר החימר, יש לבדוק בזהירות את מחברי החימר ואת המעגלים הסמוכים כדי למנוע היווצרות של גשרי חימר העלולים לגרום לתקלות במעגל.

שאלה: מה הדרך הטובה ביותר לזיהוי רכיבים כאשר הדפוס על הלוח עמום או חסר?

א: אם יש דיאגרמת מעגל, כדאי להתייחס אליה ראשית. אם אין, יש לנסות למצוא ולהשוות גרסאות דומות של לוחות פסיביים (PCB) או רשימות חומרים (BOM) מאותה משפחת מוצרים. בעת ביצוע ניתוח מעשי, יש להשתמש ברמ"מ במצב הולכה כדי לעקוב אחר נתיב המעגל, החל מנקודה ידועה על הלוח. כמו כן, יש להקפיד על דפוסי פריסה זיהויים. מתנני קריסטל נמצאים בדרך כלל קרוב למיקרו-בקר, בעוד שקבלי הסינון מרוכזים סביב יציאות הזן. בנוסף, יש לחפש אריזות טרנזיסטורים סטנדרטיות מסוג PNP/NPN. כמו כן, פורומים טכניים באינטרנט ופרויקטים של חומרה פתוחה המספקים דיאגרמות מעגל מהווים מקורות אמינים לזיהוי נקודות בדיקה לא מסומנות על הלוח.

שאלה: מה חשיבות הפריסה הפיזית של הלוח (PCB) לתפקוד המעגל?

א: זה מאוד חשוב. גורמים אלה קובעים את הקשר בין הרכיבים, מסלולי אותות הנתונים והכוח, וכן אם המעגל מגיע למטרות העיצוב שלו. סידור שכבות, רוחב הטרייסים, מיקום הרכיבים ושימוש בוויאים משפיעים על מורכבות ניתוח המעגל, עמידות ההתקנים בהפרעות אלקטרומגנטיות ויכולת פיזור החום שלהם. כל אלו הם גורמים מרכזיים בעיצוב מוצרים אלקטרוניים מודרניים.

שאלה: האם ניתן לבדוק רכיבים כמו קבלים, התנגדויות ודיאודות ישירות על הלוח?

א: זה מותר באופן כללי, אך יש לקחת בחשבון את אפקטי המעגל. אם הנגד מחובר בטור או במקביל לרכיבים אחרים, ערך המדידה עשוי להיות שונה מהערך הנקוב. קבלים במעגלי סינון יש לבדוק לקצר; מומלץ להשתמש במונה LCR מכיוון שהוא מספק נתונים מדויקים יותר. אם דיודות משמשות במעגלי הגנת מתח, יש לבדוק את מאפייני המעבר וההיפוך שלהן בנפרד באמצעות רב-מודד במצב דיודה. אם ערכי המדידה אינם תקינים, יש לחזור על הבדיקה כאשר המעגל פתוח.

שאלה: מה מתכוונים מעוצבי PCB כשאומרים "הרכיבים ממוקמים בהתאם לשטף הנתונים"?

א: בעת שימת רכיבים, מהנדסי עיצוב ממקמים אותם בדרך כלל במיקומים הפיזיים המתאימים בהתאם ללוגיקה של קלט/פלט של המעגל. לגישה של הפרדה פונקציונלית זו יש שלושה יתרונות: עקבות אות קצרות יותר, ביצועים גבוהים יותר של המערכת וקלות greater בזיהוי תקלות, מכיוון שהיא מאפשרת זיהוי מהיר יותר של הרכיבים הנדרשים.

מסקנה: למה כדאי לכם לדעת איך לקרוא את לוחית מעגל מודפס

ללמוד לפרש שלטי מעגלים ולזהות רכיבים הוא המפתח לפתח את הדלת לטכנולוגיית האלקטרוניקה! שליטה בمهירה זו תהפוך את תיקון הציוד, אופטימיזציה של פעילות ועיצוב של מערכות משלכם לנוחה. בין אם מדובר בשדות דו-שכבות פשוטות, שדות רב-שכבות מורכבות או מערכות מעגלים המורכבות מרכיבים בודדים, ברגע שתבינו את ההתאמה בין סמלים של דיאגרמות לבין אריזות פיזיות, ת nắmלו את עקרונות ההתקנה של רכיבים קוטביים ותלמדו להשתמש בכלים אנליטיים מודרניים, תוכלו להתמודד בבטחה עם אתגרים שונים בתעשיית האלקטרוניקה.