We hebben het geluk in een tijd te leven met een overvloed aan elektronische gadgets. Deze elektronische apparaten zijn echter alleen tot ons gekomen dankzij de fantastische componenten van een printplaat. We vragen ons vaak af wat een elektronisch apparaat zo succesvol laat functioneren en hoe het in elkaar zit. Elektronische apparaten zijn zo geweldig omdat je er nooit iets in ziet gebeuren, maar je wel getuige kunt zijn van wat ze allemaal kunnen. In dit artikel bespreken we de wonderen van printplaten en hoe ze mogelijk worden gemaakt door de componenten van een printplaat.
1. Weerstanden als componenten van een printplaat
We gebruiken weerstanden vaak in onze PCB-projecten en de meesten van ons zijn bekend met hun functionaliteiten. Weerstanden behoren tot de componenten van een printplaat die we het vaakst gebruiken. Ze zijn erg populair en vrij gebruiksvriendelijk. Een weerstand belemmert in principe de stroomdoorgang. Daardoor draagt een weerstand bij aan de afvoer van elektrische energie in de vorm van warmte. Er zijn verschillende soorten weerstanden en er zijn verschillende categoriseringsmethoden. Weerstanden verschillen vaak in hun productiemateriaal, omdat we verschillende materialen voor verschillende doeleinden gebruiken.
Een ander verschil tussen weerstanden is de manier waarop de draden eruit komen. Axiale weerstanden zijn in dit opzicht het meest voorkomende type. Elektronicaliefhebbers, beginners en hobbyisten gebruiken vaak graag axiale weerstanden omdat ze gemakkelijk in elke schakeling te integreren zijn. Elke weerstand is voorzien van cirkelvormige ringen. Deze ringen hebben een kleurcode die de weerstandswaarde van die specifieke weerstand aangeeft. Deze ringen geven ook informatie over de mogelijke tolerantie van de betreffende weerstand.
2. Condensatoren als componenten van een printplaat
Na weerstanden zijn condensatoren misschien wel de meest voorkomende componenten van een printplaat. Condensatoren behoren ook tot de populairste keuzes voor PCB-liefhebbers. We gebruiken condensatoren echter minder dan weerstanden. De basisfunctie van een condensator is om lading op te slaan. Een condensator bestaat uit twee metalen platen met daartussen een diëlektricum. De twee platen slaan tegengestelde ladingen op, terwijl het diëlektricum helpt bij het scheiden ervan. Wanneer we de condensator in een circuit plaatsen, geeft hij de ladingen af. Op deze manier begint er een stroom door het circuit te lopen.
Er zijn veel verschillende manieren om condensatoren te categoriseren. Wij categoriseren ze echter meestal op basis van hun diëlektrische materiaal. Dit komt doordat het diëlektrische materiaal verantwoordelijk is voor de belangrijkste eigenschappen van een condensator. Hoe dichter het diëlektrische materiaal, hoe meer ladingen een condensator op zijn platen kan opslaan. Daarom gebruiken we meestal goede materialen voor de productie van een condensator als we een hogere capaciteit willen bereiken. Een typische condensator heeft twee aansluitingen die uit de metalen platen komen. Deze aansluitingen gebruiken we om de condensator in een elektrisch circuit te integreren.
3. Inductoren als componenten van een printplaat
Spoelen zijn een van de drie passieve lineaire componenten van een printplaat. De andere twee zijn de condensatoren en de weerstanden. Spoelen dienen ook voornamelijk om energie op te slaan. Ze slaan echter energie op door een magnetisch veld te genereren, terwijl een condensator energie opslaat door middel van elektrostatica. Er zijn veel soorten spoelen, sommige zijn eenvoudig, andere complex. Een metalen spoel is echter de meest voorkomende en eenvoudigst te begrijpen spoel die je kunt tegenkomen. Het magnetische veld dat de spoel kan opwekken, hangt af van het aantal windingen in de spoel. Dus hoe groter het aantal windingen, hoe groter de inductie.
We zien vaak spoelen gewikkeld rond een magnetische kern. De magnetische kernen zijn verkrijgbaar in verschillende vormen en maten. Het belangrijkste doel van deze kern is het versterken van het magnetische veld wanneer er stroom door de geleider loopt. Deze magnetische kern stelt ons dus in staat om bepaalde signalen af te schermen of volledig te blokkeren. Dit is zeer nuttig voor ons, omdat we deze kern voor diverse toepassingen kunnen gebruiken. Denk bijvoorbeeld aan het verminderen van interferentie in communicatieapparatuur en het verlengen van de levensduur van batterijen.
4. Potentiometers als componenten van een printplaat
Potentiometers zijn in principe een geavanceerde versie van de eenvoudige weerstand. De eenvoudige weerstand heeft een vaste waarde. Het is echter mogelijk om de weerstandswaarde van een potentiometer naar eigen inzicht te wijzigen. Er zijn veel soorten potentiometers, maar de meest voorkomende zijn lineaire en roterende potentiometers. U kunt de weerstand van de lineaire potentiometer variëren door de lineaire schuifregelaar te verslepen. Bij de roterende potentiometer kunt u de knop draaien om de weerstand te variëren. De weerstand varieert wanneer de schuifregelaar over een halfronde basisweerstand beweegt.
We gebruiken draaipotentiometers vaak in het dagelijks leven. Een van de meest voorkomende toepassingen is het gebruik ervan in ronde volumeregelaars van muziekspelers en vergelijkbare audioapparatuur. Ze regelen de stroomsterkte die ze naar de versterkers doorlaten. We vertrouwen vaak op potentiometers bij het ontwerpen van geavanceerde apparatuur waarvan de prestaties variabiliteit vereisen door middel van fijnafstemming.
5. Transformatoren als componenten van een printplaat
Ze behoren tot de belangrijkste componenten van een printplaat. Transformatoren dienen voornamelijk om de elektrische energie van de ene opstelling naar de andere over te brengen. Naarmate we elektrische energie over meerdere opstellingen overbrengen, neemt deze toe of af. De toename of afname is vaak waarneembaar in de spanning. Experts beschouwen dit vaak als een transformatie in spanning. Transformatoren bevatten een metalen kern, vergelijkbaar met die in gewone spoelen. Rond de metalen kern bevinden zich altijd een aantal spoelen. Er zijn minstens twee spoelen, waarvan één als secundaire spoel en de andere als primaire spoel. De secundaire spoel verwijst naar de opstelling waar de elektrische energie doorheen gaat. De primaire spoel verwijst echter naar de opstelling waar de elektrische energie vandaan komt.
We zien vaak transformatoren op grote telegraafpalen. Deze staan bekend als industriële transformatoren en dienen om de spanning te verlagen die door de leidingen stroomt. Deze verlaging loopt vaak op tot in de honderdduizenden. Dankzij transformatoren wordt deze spanning dus bruikbaar in ons dagelijks leven en in gewone huishoudens.
6. Diodes als componenten van een printplaat
Diodes behoren tot de belangrijkste componenten van een printplaat. Hun primaire doel is om de stroom slechts in één richting te laten lopen. De stroom kan van de positieve naar de negatieve pool gaan of andersom, maar nooit in beide richtingen tegelijk. Een diode bereikt dit door oneindige weerstand in de ene richting te bieden, maar nul weerstand in de andere. Daarom kunnen we deze eigenschap gebruiken om de stroom in de ongewenste richting te blokkeren. Een van de meest populaire diodes is de leddiode, ook wel bekend als een lichtgevende diode. We gebruiken deze diodes meestal om licht uit te stralen. Deze diodes zijn zeer eenvoudig te solderen. We moeten ze echter wel correct plaatsen, anders licht de led mogelijk niet op.
7. Transistoren als componenten van een printplaat
De meeste elektronica-experts beschouwen transistors als de basis van de elektronica zoals we die vandaag de dag kennen. Dit zijn zeer belangrijke componenten van een printplaat. Je kunt miljarden transistors in één IC vinden. We moeten ze echter niet als complexe instrumenten beschouwen. Het zijn gewoon gewone elektrische schakelaars en eenvoudige versterkers. Transistors zijn er in allerlei soorten en maten. De meest voorkomende is echter de bipolaire transistor. Andere categorieën zijn PNP- en NPN-varianten.
Een bipolaire transistor heeft drie pinnen. Er is een collector, een emitter en dan is er nog de belangrijkste: de basis. Wanneer een kleine hoeveelheid stroom door een NPN-transistor loopt, gaat deze van de basis naar de emitter. Dit veroorzaakt echter een andere instelling en de stroom wordt veel groter. Deze grotere stroom loopt vervolgens van de emitter naar de collector.
Aan de andere kant gedraagt de PNP-transistor zich volledig tegengesteld aan de NPN-transistor. Er is nog een ander populair type transistor dat we FET's noemen, oftewel veldeffecttransistoren. Deze transistoren laten stroom door door het bestaande elektrische veld te gebruiken om een andere circuitinstelling te activeren.
8. Siliciumgestuurde gelijkrichter (SCR) als componenten van een printplaat
Dit zijn integrale componenten van een printplaat en daarom gebruiken liefhebbers ze graag. Ze worden ook wel thyristors genoemd, omdat ze veel lijken op diodes en transistors. Sommige experts beweren dat ze lijken op twee transistors die samenwerken. Ze hebben vier siliciumlagen en slechts drie aansluitingen. Ze functioneren niet als versterkers, maar als schakelaars.
Een van de belangrijkste punten om op te merken is dat we slechts één puls nodig hebben om de schakelaar te activeren. Aan de andere kant moeten we continu stroom aan een transistor leveren, zodat deze versterkt wordt. Daarom zijn ze geschikter voor het schakelen van grote vermogens.
9. Geïntegreerde schakelingen als componenten van een printplaat
We kennen ze ook als IC's en ze zijn cruciale componenten van een printplaat. Wanneer we elektronische schakelingen en componenten verkleinen en ze vervolgens in dunne films van een halfgeleider inbouwen, staan ze bekend als IC's. Ze stellen ons in staat om vele elektronische componenten in één chip te integreren. Deze verbazingwekkende mogelijkheid stelde ons in staat om de allereerste rekenmachines te produceren. Nu stellen ze ons in staat om geavanceerde slimme apparaten en revolutionaire supercomputers te maken. IC's dienen als de centrale verwerkingseenheid, of in feite het brein van een groter circuit. IC's bestaan in verschillende typen, maar zijn meestal verkrijgbaar in een zwarte plastic behuizing. Ze hebben meestal zichtbare contacten, zoals draden die uit de structuur komen. Soms zitten er ook contactpunten onder.
10. Kristaloscillatoren als componenten van een printplaat
Dit zijn de meest essentiële componenten van een printplaat in complexe apparaten. We gebruiken ze vooral in klokken omdat ze ons in staat stellen om kritische circuits te maken. Deze kritische circuits stellen ons in staat om een stabiele en nauwkeurige tijd te handhaven. Ze bevatten een piëzo-elektrisch element dat een cyclisch elektronisch signaal produceert. Het piëzo-elektrische element is in feite een kristallijn materiaal dat signalen produceert bij trillingen. We ontwerpen ze zo dat ze met een stabiele frequentie trillen. Hun trilling is gekoppeld aan een bepaalde frequentie. Daardoor kunnen we er zuinige en nauwkeurige klokken mee maken. Daarom gebruiken we ze ook in andere belangrijke apparaten, zoals quartzhorloges en microcontrollers.
11. Schakelaars en relais als componenten van een printplaat
Het zijn de meest basale componenten van een printplaat, maar we vergeten vaak hoe belangrijk ze zijn. Met een schakelaar kunnen we de stroomsterkte binnen een bepaald circuit regelen. Met de schakelaar kunnen we schakelen tussen gesloten en open circuits. Ze zijn er in allerlei vormen en afmetingen. Enkele veelvoorkomende zijn schuifregelaars, hendels, toetsen, drukknoppen en draaiknoppen. Een elektronegatieve schakelaar daarentegen staat bekend als een relais. Een relais werkt via een solenoïde. Wanneer de stroom erdoorheen loopt, fungeert de solenoïde als een tijdelijke magneet. Ze werken dus als schakelaars en kunnen daardoor kleine hoeveelheden stroom omzetten in grotere hoeveelheden.
12. Sensoren als componenten van een printplaat
Sensoren zijn componenten van een printplaat die veranderingen in de atmosfeer kunnen detecteren. Zodra ze deze verandering detecteren, genereren ze een signaal om deze te reflecteren. Dit elektronische signaal wordt vervolgens naar verschillende componenten van een printplaat gestuurd. Sensoren zetten dus in principe fysieke energie om in elektrische energie. Daarom beschouwen we sensoren vaak als transducers (omdat ze energie van de ene vorm naar de andere kunnen omzetten).
Sensoren bestaan in verschillende soorten en hebben allemaal verschillende doeleinden. Enkele van de meest bekende sensoren zijn temperatuursensoren, vochtigheidssensoren, druksensoren, lichtsensoren en bewegingssensoren. Ze zijn heel gebruikelijk en we gebruiken ze vaak in ons dagelijks leven. Zo gebruiken we bijvoorbeeld leds voor de detectie van IR-signalen in een tv-afstandsbediening. We gebruiken ook brand- en vochtigheidssensoren in brand- en rookmelders. We kunnen sensoren dus ook gebruiken als componenten van een printplaat om verschillende industriële processen te optimaliseren.
Wilt u meer weten over PCB-componenten? Bekijk dan onze andere blogpost: “Printplaatcomponenten: een uitgebreide gids."
