Электрические соединители: классификация, типы и конструкции


Электрические разъемы являются неотъемлемым элементом каждой электронной схемы и устройства. Трудно представить себе радиосхему, которая была бы лишена каких-либо связей между отдельными ее элементами, и для реализации этих связей как раз надмо использовать соединители. Промышленность выпускает много современных коннекторов, поэтому стоит обновить основную информацию об этом типе компонентов, в том числе на основе их построения и классификации.

Основные типы соединителей

Электронная схема представляет собой набор радиоэлементов с определенной иерархией, обеспечивающей взаимную связь между ними. Эта связь может включать в себя не только обмен информацией, но и энергией, например, для целей питания модулей. Для подключения необходимо использовать электрические разъемы, которые можно разделить на 3 основные категории в зависимости от типа соединяемых элементов:

  1. межплатное соединение двух или более печатных плат вместе,
  2. тип плата-провод, соединяющий печатную плату с проводом,
  3. провод к проводу, для соединения проводов.

Электрические соединители: классификация, типы и конструкции

В зависимости от типа элементов и их положения в иерархии различают 6 уровней связей:

  • уровень 0 – включает соединение между интегральной микросхемой и выводами ее корпуса.
  • уровень 1 – соединение между корпусом электронного компонента и поверхностью печатной платы,
  • уровень 2 – это соединение между двумя или более печатными платами,
  • уровень 3 – это связи между компонентами внутри одной схемы,
  • уровень 4 – связь между компонентами и портами ввода/вывода всей схемы,
  • уровень 5 – это связь между различными радиосхемами, например, между компьютером и сканером.
Электрические соединители: классификация, типы и конструкции
Разные уровни связей внутри одной электросхемы

Пример визуализации разных уровней связей в рамках одной электросхемы показан на рисунке.

Межплатные разъемы

Соединители этого типа используются для соединения печатных плат друг с другом без использования проводов. Это экономит место и устраняет необходимость в соединительных кабелях, способствуя уменьшению размера и веса всей схемы. При этом платы могут быть соединены параллельно или перпендикулярно.

Электрические соединители: классификация, типы и конструкции
Типовые межплатные разъемы

При выборе подходящего элемента для параллельного соединения двух печатных плат необходимо учитывать механические аспекты, такие как высота соединения, допуск на размеры, а также тип сборки, для которой предназначен компонент. Многое также зависит от системных требований — необходимо знать должен ли соединительный элемент иметь возможность повторного подключения и отключения и сколько циклов отключения/подключения ожидается в течение срока службы устройства. Следует также учитывать условия окружающей среды, такие как диапазон температур и влажность. Параметры разъемов этого типа описаны в стандарте EIA 700AAAB.

Решения для объединительных плат распространены в межплатных соединениях. Это конфигурация, в которой набор разъемов соединен параллельно, образуя шину. Таким образом каждый контакт любого разъема соединяется с соответствующим контактом всех других разъемов в рамках одной конфигурации. Решения этого типа широко используются в телекоммуникациях благодаря их надежности и гибкости, а также возможности установки различных плат расширения.

В случае высоких скоростей передачи данных объединительная плата может вызвать чрезмерное затухание сигнала, снижая качество и производительность соединения. Следовательно, согласование сопротивления этих компонентов с остальной частью схемы очень важно, как и надлежащее экранирование сигналов. Пример разъема объединительной платы показан на рисунке.

Электрические соединители: классификация, типы и конструкции
Пример соединения двух плат с помощью объединительного разъема

Соединения провод к проводу

Данные кабельные соединения позволяют напрямую соединять два электрических проводника друг с другом. Один из концов коннектора обычно постоянно соединен с кабелем, а другой образует интерфейс, позволяющий устанавливать и отключать соединение. Жесткое соединение с проводником достигается опрессовкой или применением технологии IDC (Insulation Displacement Contact). В методе IDC изолированный провод вставляется в розетку правильной формы, снабженную острыми металлическими элементами. Эти элементы прорезают изоляцию, создавая прямое соединение между разъемом и проводником. Версии IDC обычно используются для соединения кабелей сформированных в ленты. Обжимная сборка является наиболее распространенным выбором для одиночных проводников.

Полезное:  10BASE-T1L: новый стандарт передачи данных
Электрические соединители: классификация, типы и конструкции
Примеры разъемов «плата-провод»

Соединители «плата-кабель» используются для подключения провода к печатной плате. Часть разъема которая подключается к проводу, обычно аналогична решениям типа «провод-провод», а элемент который подключается к плате, обычно представляет собой вставной или припаиваемый разъем. Примеры компонентов этого типа показаны на рисунке.

Сборка подвижных соединений

Независимо от типа его основная структура остается одинаковой. К основным элементам и конструктивным аспектам относятся электрический контакт, его отделка и корпус.

Электрический контакт обеспечивает путь для передачи электрического сигнала. Он также позволяет выполнять сборку и отсоединение, а также определяет усилие, необходимое для выполнения этих действий. К ключевым механическим требованиям к этому элементу относятся усилие, необходимое для установления/разъединения соединения, а также так называемое нормальное усилие, перпендикулярное поверхности контакта и облегчающее сохранение соединения. К другим важным механическим характеристикам относятся параметры прочности, в том числе сопротивление истиранию контакта.

Электрические соединители: классификация, типы и конструкции
Примеры разъемов «плата-плата»

К наиболее важным электрическим параметрам относятся контактное сопротивление, его емкость и индуктивность, а также соответствующий рабочий диапазон.

Электрические контакты бывают двух типов – розетки (гнездовые контакты, гнёзда) и вилки (штыревые, штекеры). Розетки часто снабжены пружинными элементами позволяющими сохранить соединение после сборки.

Верхний контактный слой предназначен для защиты этого элемента от вредных воздействий окружающей среды, в том числе против коррозии. Оно также уменьшает отложение загрязнений и продуктов химических реакций на контактной поверхности, что может увеличить сопротивление соединения. К веществам, повышающим контактное сопротивление, относятся различные виды оксидов, хлоридов, сульфидов и других химических соединений образующихся при реакции металла, образующего контакт, с химическими соединениями присутствующими в окружающей среде.

Контактная отделка может быть выполнена из драгметаллов или их сплавов. Тип материала используемого для покрытия контактной площадки определяет тип загрязнений, которые могут скапливаться на ее поверхности. Например, в случае оловянного покрытия, на контактной поверхности может скапливаться оксид олова, что может потребовать периодической очистки соединения. Покрытие контакта слоем благородного металла, например золота или палладия, практически исключает явление окисления поверхности контакта, но значительно удорожает производство.

Соединения должны характеризоваться высокой стабильностью своих физических размеров даже при наличии химических факторов и температурных явлений. Слишком большая деформация может привести к потере прилегания между элементами соединения и, следовательно, к невозможности установки или разъединения соединения. Естественно в основные задачи корпуса разъема, кроме обеспечения соответствующей формы и посадки, входит электрическая и механическая изоляция контакта.

Таким образом электрические разъемы являются особо важным элементом конструкции практически любой электронной схемы. Без них было бы невозможно соединение отдельных модулей друг с другом, а также обеспечение передачи информации и энергии между устройством и внешним миром. Выбор соединителя может определить успех или неудачу проекта, а также существенно повлиять на долговечность, надежность и устойчивость конечного продукта к окружающей среде.


НАЖМИТЕ ТУТ И ОТКРОЙТЕ КОММЕНТАРИИ