نحن محظوظون لأننا نعيش في عصرٍ تكثر فيه الأجهزة الإلكترونية. ومع ذلك، لم تُصنع هذه الأجهزة إلا بفضل مكونات لوحة الدوائر الإلكترونية المذهلة. كثيرًا ما نتساءل عن سر نجاح عمل الجهاز الإلكتروني، وكيف يتم تجميعه. الأجهزة الإلكترونية رائعة حقًا، إذ لا يمكنك رؤية أي شيء يحدث بداخلها، ومع ذلك يمكنك رؤية ما يمكنها فعله. في هذه المقالة، سنناقش عجائب لوحات الدوائر الإلكترونية وكيف يمكن تصنيعها من خلال مكونات لوحة الدوائر.
1. المقاومات كمكونات للوحة الدائرة
نستخدم المقاومات بكثرة في معظم مشاريع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، ومعظمنا على دراية بوظائفها. تُعد المقاومات من أكثر مكونات لوحات الدوائر استخدامًا، وهي شائعة الاستخدام وسهلة الاستخدام. تعمل المقاومات بشكل أساسي على منع تدفق التيار، وبالتالي، تساعد في تبديد الطاقة الكهربائية على شكل حرارة. هناك أنواع مختلفة من المقاومات، وطرق تصنيف مختلفة. غالبًا ما تختلف المقاومات في مادة تصنيعها، حيث نستخدم مواد مختلفة لأغراض مختلفة.
تختلف المقاومات أيضًا في طريقة خروج أقطابها. وفي هذا الصدد، يُعدّ النوع الأكثر شيوعًا هو المقاومات المحورية. غالبًا ما يُفضّل هواة الإلكترونيات والمبتدئون والهواة استخدامها لسهولة دمجها في أي دائرة كهربائية. تحيط بكل مقاومة حلقات دائرية. تُمثّل هذه الحلقات رمزًا لونيًا يُشير إلى قيمة المقاومة الخاصة بها. كما تُشير هذه الحلقات إلى التسامح المُحتمل للمقاومة المعنية.
2. المكثفات كمكونات للوحة الدائرة
بعد المقاومات، تُعدّ المكثفات من أكثر مكونات لوحات الدوائر الإلكترونية شيوعًا. كما أنها من بين الخيارات المفضلة لدى مُحبي لوحات الدوائر المطبوعة. مع ذلك، نستخدم المكثفات بشكل أقل مقارنةً بالمقاومات. الوظيفة الأساسية للمكثف هي تخزين الشحنة فيه. يتكون المكثف من لوحين معدنيين بينهما عازل كهربائي. يخزن اللوحين شحنات متعاكسة، بينما يساعد العازل الكهربائي على فصلها. عند وضع المكثف داخل دائرة كهربائية، فإنه يُطلق الشحنات. وبهذه الطريقة، يبدأ التيار الكهربائي بالتدفق عبر الدائرة.
هناك طرق عديدة لتصنيف المكثفات. ومع ذلك، فإننا نصنفها غالبًا وفقًا لمادتها العازلة. وذلك لأن المادة العازلة مسؤولة عن منح المكثف خصائصه الأساسية. كلما زادت كثافة المادة العازلة، زادت الشحنات التي يمكن للمكثف تخزينها على ألواحه. ولذلك، نميل إلى استخدام مواد جيدة لصنع المكثفات إذا أردنا الحصول على سعة أعلى. يحتوي المكثف النموذجي على سلكين يخرجان من لوحيه المعدنيين. نستخدم هذين السلكين لدمج المكثف في الدائرة الكهربائية.
3. المحاثات كمكونات للوحة الدائرة
المحاثات هي أحد المكونات الخطية السلبية الثلاثة للوحة الدوائر. المكونان الآخران هما المكثفات والمقاومات. كما تعمل المحاثات بشكل أساسي على تخزين الطاقة فيها. ومع ذلك، فهي تخزن الطاقة عن طريق توليد مجال مغناطيسي، بينما يخزن المكثف الطاقة باستخدام الكهرباء الساكنة. هناك أنواع عديدة من المحاثات، بعضها بسيط وبعضها معقد. ومع ذلك، يُعد الملف المعدني أكثر المحاثات شيوعًا وأسهلها فهمًا. يعتمد المجال المغناطيسي الذي يمكن أن يُنتجه الملف على عدد لفاته. وبالتالي، كلما زاد عدد اللفات، زادت المحاثة.
كثيراً ما نرى محاثات ملفوفة حول نواة مغناطيسية. تتوفر النوى المغناطيسية بأشكال وأحجام مختلفة. الغرض الرئيسي من هذه النواة هو تعزيز المجال المغناطيسي عند مرور التيار عبر الموصل. وبالتالي، تتيح لنا هذه النواة حجب إشارات معينة أو حجبها تماماً. هذا مفيد جداً لنا، إذ يُمكننا استخدامه في العديد من التطبيقات، بما في ذلك تقليل التداخل في معدات الاتصالات وزيادة عمر البطاريات، وغيرها.
4. مقاييس الجهد كمكونات للوحة الدائرة
المقاومات المتغيرة هي في الأساس شكل متطور من المقاومات البسيطة. للمقاومة البسيطة قيمة ثابتة. ومع ذلك، يمكن تغيير قيمة مقاومة المقاوم حسب الحاجة. هناك أنواع عديدة من المقاومات المتغيرة، ولكن أكثرها شيوعًا هي المقاومات الخطية والدوارة. يمكنك تغيير قيمة مقاومة المقاوم الخطي بسحب المنزلق الخطي. أما في المقاوم الدوار، فيمكنك تدوير المقبض لتغيير قيمة المقاومة. تتغير المقاومة بتحريك المنزلق فوق مقاومة أساسية نصف دائرية.
نستخدم غالبًا مقاييس الجهد الدوارة في تطبيقات الحياة اليومية. ومن أكثر تطبيقاتها شيوعًا استخدامها في وحدات التحكم الدائرية في مستوى الصوت في مشغلات الموسيقى وأجهزة الصوت المماثلة. تعمل هذه المقاييس عن طريق التحكم في كمية التيار التي تسمح بمرورها إلى مكبرات الصوت. نعتمد غالبًا على مقاييس الجهد عند تصميم معدات متطورة يتطلب أداؤها تنوعًا من خلال الضبط الدقيق.
5. المحولات كمكونات للوحة الدائرة
تُعدّ المحولات من أهم مكونات لوحة الدوائر. تعمل المحولات بشكل أساسي على نقل الطاقة الكهربائية من نظام إلى آخر. عند نقل الطاقة الكهربائية عبر أنظمة متعددة، فإنها إما أن تزداد أو تنقص. غالبًا ما يُلاحظ هذا النقص أو الزيادة في الجهد. غالبًا ما يُشبه الخبراء تحويل الجهد. تحتوي المحولات على قلب معدني مشابه للقلب المعدني الموجود في المحاثات الشائعة. يوجد دائمًا عدد من الملفات حول القلب المعدني. يوجد ملفان على الأقل، أحدهما يعمل كملف ثانوي والآخر كملف ابتدائي. يشير الملف الثانوي إلى النظام الذي تنتقل منه الطاقة الكهربائية. أما الملف الابتدائي، فيشير إلى النظام الذي تأتي منه الطاقة الكهربائية.
كثيراً ما نرى محولات كهربائية على أعمدة التلغراف الكبيرة. تُعرف هذه المحولات بالمحولات الصناعية، وتعمل على خفض الجهد أثناء مروره عبر الخطوط. يتراوح هذا الانخفاض عادةً بين مئات الآلاف. وبالتالي، يُصبح هذا الجهد قابلاً للاستخدام في حياتنا اليومية وفي المنازل العادية من خلال استخدام المحولات.
6. الثنائيات كمكونات للوحة الدائرة
تُعد الثنائيات من أهم مكونات لوحة الدوائر الإلكترونية. وظيفتها الأساسية هي السماح بتدفق التيار في اتجاه واحد فقط. يمكن للتيار أن ينتقل من الطرف الموجب إلى الطرف السالب أو العكس، ولكن لا يمكن أن يكون كلاهما في نفس الوقت. لذا، يحقق الثنائي هذه الميزة من خلال توفير مقاومة لا نهائية في أحد الاتجاهين وانعدام المقاومة في الاتجاه الآخر. لذلك، يمكننا الاستفادة من هذه الميزة لمنع تدفق التيار في الاتجاه غير المرغوب فيه. يُعد ثنائي الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) أحد أشهر الثنائيات. نستخدم هذه الثنائيات غالبًا لإصدار الضوء. تتميز هذه الثنائيات بسهولة لحامها. ومع ذلك، يجب توجيهها بشكل صحيح وإلا فقد لا يضيء مصباح LED.
7. الترانزستورات كمكونات للوحة الدائرة
يُشيد معظم خبراء الإلكترونيات بالترانزستورات باعتبارها اللبنة الأساسية للإلكترونيات كما نعرفها اليوم. تُعد هذه الترانزستورات مكونات بالغة الأهمية في لوحة الدوائر الإلكترونية. يمكنك العثور على مليارات الترانزستورات داخل دائرة متكاملة واحدة. مع ذلك، لا ينبغي اعتبارها أدوات معقدة، بل هي مجرد مفاتيح كهربائية عادية ومضخمات بسيطة. تتوفر الترانزستورات بأشكال وأحجام متنوعة. إلا أن النوع الأكثر شيوعًا هو الترانزستور ثنائي القطب. وتشمل الفئات الأخرى الترانزستورات من نوعي PNP وNPN.
يحتوي الترانزستور ثنائي القطب على ثلاثة أطراف: جامع، وباعث، وأهمها القاعدة. عندما يمر تيار ضئيل عبر ترانزستور NPN، ينتقل من القاعدة إلى الباعث. يؤدي هذا إلى تفعيل إعداد آخر، ويصبح التيار أكبر بكثير. ثم ينتقل هذا التيار الأكبر من الباعث إلى المجمع.
من ناحية أخرى، يتصرف ترانزستور PNP بشكل معاكس تمامًا لترانزستور NPN. هناك نوع شائع آخر من الترانزستورات يُسمى ترانزستورات FET، أو ببساطة ترانزستورات تأثير المجال. تسمح هذه الترانزستورات بمرور التيار عبرها باستخدام المجال الكهربائي الموجود لتشغيل إعداد دائرة آخر.
8. مقوم التحكم بالسيليكون (SCR) كمكونات للوحة الدائرة
هذه مكونات أساسية في لوحة الدوائر، ولذلك يعشقها هواة الإلكترونيات. تُسمى أيضًا بالثايرستورات لأنها تشبه إلى حد كبير الثنائيات والترانزستورات. يرى بعض الخبراء أنها تشبه ترانزستورين يعملان معًا. تتكون من أربع طبقات من السيليكون وثلاثة أسلاك فقط. لا تعمل كمضخمات، بل كمفاتيح فقط.
من أهم النقاط التي يجب مراعاتها هي أننا نحتاج إلى نبضة واحدة فقط لتنشيط المفتاح. من ناحية أخرى، يجب تزويد الترانزستور بالتيار باستمرار حتى يمر عبر التضخيم. لذا، فهي أكثر ملاءمة لتحويل الطاقة بكميات كبيرة.
9. الدوائر المتكاملة كمكونات للوحة الدائرة
تُعرف أيضًا بالدوائر المتكاملة (ICs)، وهي مكونات أساسية في لوحة الدوائر. لذلك، عندما نُصغّر حجم بعض الدوائر والمكونات الإلكترونية، ثم نُدمجها على أغشية رقيقة من أشباه الموصلات، تُعرف باسم الدوائر المتكاملة (ICs). تُتيح لنا هذه الدوائر دمج العديد من المكونات الإلكترونية في شريحة واحدة. مكّنتنا هذه القدرة المذهلة من تصنيع أولى الآلات الحاسبة، وهي تُمكّننا الآن من صنع أجهزة ذكية متطورة وحواسيب عملاقة ثورية. تُعدّ الدوائر المتكاملة وحدة معالجة مركزية، أو بالأحرى، عقل دائرة أكبر. للدوائر المتكاملة أنواع مختلفة، ولكنها غالبًا ما تكون متوفرة في غلاف بلاستيكي أسود اللون. عادةً ما تحتوي على نقاط اتصال مرئية، مثل الأسلاك الخارجة من هيكلها. كما تحتوي أحيانًا على وسادات اتصال أسفلها.
10. المذبذبات البلورية كمكونات للوحة الدائرة
هذه هي المكونات الأساسية للوحة الدوائر في الأجهزة المعقدة. نستخدمها غالبًا في الساعات لأنها تُمكّننا من إنشاء دوائر دقيقة تُمكّننا من الحفاظ على وقت ثابت ودقيق. تشمل هذه الدوائر دائرة كهربائية ضغطية تُنتج إشارة إلكترونية دورية. الدائرة الكهربائية الضغطية هي في الأساس مادة بلورية تُنتج إشارات عند تذبذبها. نُصممها بحيث تهتز بمعدل ثابت. يرتبط اهتزازها بتردد مُحدد. وبالتالي، يُمكننا صنع ساعات اقتصادية ودقيقة باستخدامها. كما نستخدمها في أجهزة مهمة أخرى، مثل ساعات الكوارتز والمتحكمات الدقيقة.
11. المفاتيح والمرحلات كمكونات للوحة الدائرة
إنها المكونات الأساسية للوحة الدوائر الإلكترونية، ومع ذلك غالبًا ما ننسى أهميتها. يسمح لنا المفتاح بالتحكم في تدفق التيار داخل أي دائرة، كما يسمح لنا بالتنقل بين الدوائر المغلقة والمفتوحة. تأتي المفاتيح بأشكال وأبعاد متنوعة، ومن أشهرها: المنزلقات، والرافعات، والمفاتيح، والأزرار الضاغطة، والدوارة. من ناحية أخرى، يُعرف المفتاح الكهروسالب باسم المرحل. يعمل المرحل عبر ملف لولبي. وبالتالي، عندما يمر التيار عبره، يعمل الملف اللولبي كمغناطيس مؤقت. وبالتالي، تعمل كمفاتيح، ويمكنها، بالتالي، تحويل كميات صغيرة من التيار إلى كميات أكبر.
12. أجهزة الاستشعار كمكونات للوحة الدائرة
المستشعرات هي مكونات لوحة الدوائر الإلكترونية القادرة على اكتشاف التغير في غلافها الجوي. بمجرد اكتشافها لهذا التغير، فإنها تُولّد إشارة تعكسها. تُرسل هذه الإشارة الإلكترونية بعد ذلك إلى مكونات مختلفة من لوحة الدوائر الإلكترونية. وبالتالي، تُحوّل المستشعرات الطاقة الفيزيائية إلى طاقة كهربائية. ولذلك، غالبًا ما نعتبر المستشعرات محولات طاقة (لقدرتها على تحويل الطاقة من شكل إلى آخر).
للمستشعرات أنواع مختلفة، ولكل منها استخدامات مختلفة. من أشهرها مستشعر درجة الحرارة، ومستشعر الرطوبة، ومستشعر الضغط، ومستشعر الضوء، ومستشعر الحركة. وهي شائعة الاستخدام، ونستخدمها بكثرة في حياتنا اليومية. على سبيل المثال، نستخدم مصابيح LED للكشف عن إشارات الأشعة تحت الحمراء في جهاز التحكم عن بُعد الخاص بالتلفزيون. كما نستخدم مستشعرات الحريق والرطوبة في أجهزة إنذار الحريق والدخان. لذا، يمكننا استخدام المستشعرات كمكونات للوحة الدوائر الإلكترونية لتحسين العمليات الصناعية المختلفة.
لمعرفة المزيد عن مكونات PCB، يرجى الاطلاع على منشور مدونتنا الآخر: "مكونات لوحة الدائرة: دليل شامل."
