Схема печатной платы (PCB) представляет собой логическое и визуальное отображение электрической цепи. Это первый шаг в процессе проектирования электронных изделий. Раньше конструкторы рисовали схемы от руки на бумаге. Сегодня они используют специальные инструменты для проектирования печатных плат, такие как M-CAD и E-CAD, чтобы оптимизировать процесс проектирования. Для получения хорошо структурированного и безошибочного проекта необходимо следовать стандартным рекомендациям по составлению схем.
Пример 1: Схема нагревательного контура печатной платы
Обзор проекта
В этом проекте схема действует как система обогрева печатной платы, поддерживая ее температуру выше минимального рабочего предела устройства, особенно при низких температурах. Поскольку точный контроль температуры не требуется, в конструкции используется делитель напряжения, состоящий из резистора и термистора NTC, для управления MOSFET или транзистором. Когда температура опускается ниже установленного порога, напряжение на делителе увеличивается, включая цепь нагрева. По мере повторного повышения температуры напряжение уменьшается, выключая цепь.
Объяснение дизайна
Мы используем стандартный корпус SOT-23 для транзистора и MOSFET. MOSFET обычно поддерживают более высокие токи проводимости по сравнению с транзисторами в том же корпусе, поэтому мы выбрали MOSFET LN2302BLT1G от LRC. В качестве NTC-термистора выбран широко используемый NCP15WF104F03RC. В качестве нагревательных элементов мы используем резистор 10 Ом в корпусе 1210, контролируя общую мощность до 2,5 Вт.
На схеме сигнал THERM_PCB является аналоговым входом, подаваемым на АЦП микроконтроллера для контроля температуры печатной платы. Сигнал HEATER_EN подключается к выводу IO микроконтроллера. Вывод установлен на высокий импеданс, но в случае неисправности нагревательной цепи IO может поднять сигнал до высокого уровня, чтобы отключить MOSFET в качестве меры безопасности.
Пример 2: Схема схемы драйвера двигателя H-моста
Обзор проекта
Драйвер двигателя H-Bridge управляет силовыми и управляющими сигналами двигателя, обеспечивая двунаправленное вращение двигателя. Драйвер двигателя L293D поставляется в 16-контактном корпусе PDIP, обеспечивая внутреннюю защиту от электростатического разряда, высокую помехоустойчивость и широкий диапазон рабочих напряжений от 4,5 В до 36 В.
Объяснение дизайна
Схема драйвера двигателя H-Bridge с использованием L293D проста и требует только четырех внешних диодов. Схема управляет двумя двигателями с двумя входными сигналами, управляющими двумя отдельными двигателями. Входные сигналы двигателя 1 подаются на выводы 1A и 2A, а выходные сигналы — на выводы 1Y и 2Y. Аналогично, входные сигналы двигателя 2 подаются на выводы 3A и 4A, а выходные сигналы — на выводы 3Y и 4Y. Диоды D1–D4 защищают двигатели от скачков обратного напряжения.
Детали компонентов драйвера L293D
L293D — это высокоточный драйвер Half-H, способный подавать двунаправленный ток до 600 мА. Он может управлять индуктивными нагрузками, такими как двигатели, реле, соленоиды и биполярные шаговые двигатели.
Пример 3: Схема импульсного источника питания
Обзор проекта
Импульсный источник питания, также известный как импульсный источник питания (SMPS), представляет собой высокочастотное устройство преобразования энергии. Его назначение состоит в преобразовании напряжения с одного уровня на другой в зависимости от потребностей конечного пользователя с использованием различных схемных архитектур.
Объяснение дизайна
Схема рассчитана на колебания в диапазоне от 30 кГц до 45 кГц, регулируемые с помощью конденсатора C3 и резистора R5. Выходное напряжение должно оставаться стабильным, с максимальным выходным током 500 мА. Блок питания обеспечивает эффективную мощность 8 Вт с КПД 87%.
Современные инструменты EDA для создания схем
Сегодня дизайнеры полагаются на множество инструментов EDA (Electronic Design Automation), таких как LCEDA, Altium, Allegro, Pads, KiCad, TinyCAD и ExpressPCB. Эти инструменты помогают обеспечить отсутствие ошибок в схемах печатных плат, постоянно контролируя логику и проблемы со связью. Соблюдение стандартных правил проектирования имеет решающее значение для того, чтобы схема была машиночитаемой.
Заключение
Проектирование схем печатных плат является важным этапом любого электронного проекта. Следуя стандартным рекомендациям и используя современные инструменты проектирования, разработчики могут создавать надежные и эффективные схемы. Приведенные здесь примеры иллюстрируют разнообразие и применение различных типов схем, от простых схем нагрева до драйверов двигателей и источников питания.
