مخطط دائرة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)
تحليل وحدة مخطط الدائرة الكهربائية للوحة الدوائر المطبوعة
تُعدّ لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) جزءًا أساسيًا من المنتجات الإلكترونية، ويتمّ توصيل الوظائف الكهربائية من خلال مخطط الدائرة. يُتيح مخطط الدائرة تصميم الدائرة من خلال توضيح المكونات، واتجاه التيار، وعلاقات التوصيل، وعلامات التوصيل الكهربائي. ستشرح هذه المقالة تحليل مخطط الدائرة من منظور وحداته الفرعية.
الوحدة 1: وحدة الطاقة
وحدة الطاقة هي الوحدة الأساسية في لوحة الدوائر المطبوعة، وهي المسؤولة عن توفير الطاقة واستقرارها للنظام بأكمله. تتكون وحدة الطاقة من ثلاثة أجزاء: التقويم، والترشيح، وتنظيم الجهد. سواءً كان مصدر الطاقة خطيًا أو تبديليًا، فإنه يحتوي على هذه الأجزاء الثلاثة. يتكون جزء التقويم في مصدر الطاقة الخطي من دائرة تقويم جسرية، ويتكون جزء الترشيح من دائرة ترشيح مكثفية كبيرة، ويتكون جزء تثبيت الجهد من دائرة منظم جهد ثلاثي الأطراف. يستخدم مصدر الطاقة التبديلي تعديل عرض النبضة (PWM) في جزء تثبيت الجهد، لذا فإن هذا الجزء أكثر تعقيدًا، ولكن يمكن تحقيقه أيضًا من خلال دمج رقائق تثبيت الجهد.
تتمثل مهمة وحدة الطاقة في توفير مصدر طاقة تيار مستمر مستقر للنظام بأكمله لضمان استقرار تشغيله. عند تصميم وحدة الطاقة، ينبغي إيلاء اهتمام خاص لتقليل الضوضاء الصادرة من الملف والمكثف الكبير، وتبديد الحرارة من شريحة تثبيت الجهد.
الوحدة الثانية: وحدة اكتساب ومعالجة الإشارات
تُعدّ وحدة اكتساب ومعالجة الإشارات من أكثر الوحدات تعقيدًا في مخطط الدائرة. فهي مسؤولة عن اكتساب الإشارات الرقمية، وتضخيمها، وترشيحها، وتحويلها التفاضلي، وغيرها من عمليات المعالجة. تحتوي هذه الوحدة عادةً على دوائر مثل مكبرات العمليات، ومفاتيح البوابات، والمحولات، ومكبرات الشحنة، وتُنفّذ من خلالها وظائف تضخيم الإشارة، وتحويل النطاق، والترشيح، وغيرها. تُعتبر وحدة اكتساب ومعالجة الإشارات الوحدة الأساسية في مخطط الدائرة بأكمله، إذ يُحدّد تصميم هذه الدوائر جودة الإشارة ودقة النظام ككل بشكل مباشر.
عند تصميم وحدة جمع ومعالجة الإشارة، ينبغي مراعاة قدرة الإشارة على مقاومة التداخل، وضمان نسبة إشارة إلى ضوضاء ونطاق ديناميكي مناسبين. كما ينبغي مراعاة معدل أخذ العينات والدقة الزمنية لجمع الإشارة.
الوحدة 3: وحدة التحكم
تُعدّ وحدة التحكم ثالث أهم وحدة في مخطط الدائرة، وهي بمثابة عقل النظام بأكمله. تتكون وحدة التحكم بشكل أساسي من معالج دقيق، وذاكرة، وساعة، وغيرها، وهي مسؤولة عن التحكم في حالة عمل مختلف الأجهزة في النظام بأكمله في مختلف مراحله.
عند تصميم وحدة التحكم، ينبغي إيلاء اهتمام خاص لتطوير البرمجيات، باستخدام لغة C أو لغة التجميع عادةً. إضافةً إلى ذلك، ينبغي الاهتمام بمصدر الطاقة وساعة وحدة التحكم، وخاصةً في بعض المنتجات الإلكترونية ذات التطبيقات الآنية، حيث يجب الاهتمام بتصميم التوقيت والمقاطعات.
الوحدة 4: وحدة الإخراج
وحدة الإخراج هي الوحدة الأخيرة، وهي التي تُخرج الإشارة إلى الخارج. تشمل وحدات الإخراج الشائعة أنابيب التضخيم الرقمية، ومصابيح LED، وأجهزة التنبيه، وغيرها. تُستخدم مصابيح LED عادةً كمؤشرات للطاقة، بينما تُستخدم أنابيب التضخيم الرقمية لإخراج المعلومات الرقمية. بالطبع، يمكن استخدام أجهزة إخراج أخرى لتنفيذ وحدات الإخراج هذه.
عند تصميم وحدة الإخراج، من الضروري الانتباه إلى اختيار مستوى منطق رمز الإخراج، وفي الوقت نفسه، يجب مراعاة مشكلة تيار التشغيل للأجهزة المختلفة لضمان طاقة إخراج جيدة.
تُقدّم هذه المقالة أربعة وحدات أساسية في مخطط الدائرة الكهربائية: وحدة الطاقة، ووحدة استقبال ومعالجة الإشارات، ووحدة التحكم، ووحدة الإخراج. كما تشرح مهام كل وحدة ونقاط تصميمها. وتلعب كل وحدة دورًا هامًا في الدائرة ككل. ويتطلب المنتج الإلكتروني المتكامل تعاونًا وثيقًا بين مختلف الوحدات لتحقيق وظائفه المطلوبة.