ما هي المكونات الإلكترونية؟ ما هي تصنيفاتها؟

المفاهيم الأساسية والاختلافات الجوهرية للمكونات الإلكترونية

المكونات الإلكترونية هي وحدات أساسية ذات وظائف مستقلة تشكل دوائر إلكترونية، وتُعد العناصر الأساسية للمعدات الإلكترونية والأجهزة الصغيرة. ويمكن تقسيمها إلى فئتين رئيسيتين: المكونات الإلكترونية و الأجهزة الإلكترونية، والتي تختلف بشكل جوهري:

• المكونات الإلكترونية: المنتجات التي تظل تركيبتها الجزيئية كما هي دون تغيير أثناء التصنيع، مثل المقاومات والمكثفات والمحثات.
• الأجهزة الإلكترونية: المنتجات التي تكون تركيبتها الجزيئية معدل أثناء التصنيع، مثل الترانزستورات والدوائر المتكاملة.

التصنيف المنهجي للمكونات الإلكترونية

التصنيف حسب الوظيفة والهيكل

1. المكونات السلبية

المكونات السلبية هي عناصر أساسية لا تمتلك وظائف مثل التضخيم أو التحكم أو توليد الإلكترونات في الدوائر. وهي تستخدم فقط للتوصيل والتنظيم والتعويض والحماية:

نوع المكون	الوظائف الرئيسية	رمز الدائرة الكهربائية	التطبيقات النموذجية
المقاوم	تحديد التيار، تقسيم الجهد، مطابقة المعاوقة	R	الحد الحالي في جميع الدوائر
المكثف	تخزين الشحنة، الترشيح، الاقتران	C	تصفية مصدر الطاقة، اقتران الإشارة
المحرِّض	تخزين الطاقة، قمع الإشارات عالية التردد	L	دوائر مذبذب LC، التصفية
المحول	تحويل الجهد المتردد	T	محولات الطاقة، تحويل الجهد الكهربائي

2. الأجهزة النشطة

تتمتع الأجهزة النشطة بوظائف مثل التضخيم والتحكم وتوليد الإلكترونات في الدوائر:

نوع الجهاز	الوظائف الرئيسية	رمز الدائرة الكهربائية	التطبيقات النموذجية
الصمام الثنائي	التصحيح والتبديل والحد من التيار	D	تصحيح الطاقة، كشف الإشارات
ترانزستور	التضخيم، التحكم في التبديل	Q	تضخيم الإشارة، التحكم في الطاقة
الدائرة المتكاملة	تكامل الدوال المعقدة	U أو IC	المعالجات الدقيقة والذاكرة
الأجهزة الإلكترونية الضوئية	التحويل الكهروضوئي	LED، إلخ.	شاشات العرض، الاتصالات الضوئية

التصنيف حسب درجة التطبيق

تختلف متطلبات المكونات الإلكترونية، ولا سيما أشباه الموصلات، باختلاف سيناريوهات التطبيق، ويمكن تصنيفها حسب "بيئة التشغيل" على النحو التالي:

• الدرجة التجارية: 0-70°C operating temperature, consumer electronics
• الدرجة الصناعية: -40 to 85°C operating temperature, industrial control equipment
• درجة السيارات: -40 to 125°C operating temperature, automotive electronic systems
• درجة عسكرية: -55 to 125°C operating temperature, military and aerospace applications
• درجة الفضاء: نطاق درجات حرارة قصوى، موثوقية فائقة، أقمار صناعية، مركبات فضائية

التصنيف حسب شهادة الجودة

• شهادة نظام الجودة ISO: مثل ISO 9001، التي تشير إلى عمليات مراقبة الإنتاج المعترف بها دوليًا
• شهادات خاصة بالصناعة: مثل IATF 16949 لصناعة السيارات، والتي تلبي المعايير الإلكترونية الصارمة للسيارات.
• الشهادات المهنية الميدانية: مثل شهادة CQC الصينية وشهادات UL و CUL الأمريكية وشهادات VDE و TUV الألمانية

الوظائف التفصيلية للمكونات الإلكترونية الشائعة

مكونات الدائرة الأساسية

المقاوم: وظائف رئيسية لتحويل التيار، والحد، وتقسيم الجهد، والتحيز في الدوائر، ويشار إليها بـ "R" بالإضافة إلى رقم.

المكثف: يتكون من طبقتين معدنيتين متقاربتين، تفصل بينهما مادة عازلة، ويتميز بشكل أساسي بحجب التيار المستمر أثناء مرور التيار المتردد.

المحرِّض: عنصر تخزين الطاقة الذي يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة مجال مغناطيسي، وغالبًا ما يعمل مع المكثفات لتشكيل مرشحات LC ومذبذبات LC.

أجهزة أشباه الموصلات

الصمام الثنائي: يتميز بموصلية أحادية الاتجاه، ويستخدم بشكل أساسي في دوائر المقوم، ودوائر الكشف، ودوائر منظم الجهد.

ترانزستور: يحتوي على ثلاثة دبابيس، ويوفر تضخيم التيار، ويستخدم للتحكم في المفتاح، وتضخيم الإشارة.

الدائرة المتكاملة: يتم تشكيلها عن طريق دمج الترانزستورات والمقاومات والمكثفات وعناصر أخرى على ركيزة من السيليكون باستخدام عمليات خاصة، مما يؤدي إلى إنشاء أجهزة وظيفية.

مكونات مهمة أخرى

مستشعر: جهاز كشف يحول المعلومات المقاسة إلى إشارة كهربائية، ويصنف إلى عشر فئات رئيسية حسب وظيفة الاستشعار: حراري، حساس للضوء، حساس للغاز، حساس للقوة، إلخ.

ترحيل: جهاز تحكم كهربائي يستخدم تيارًا صغيرًا للتحكم في تشغيل تيار كبير، ويعمل كـ "مفتاح تلقائي".

مذبذب: مكون إلكتروني يستخدم لتوليد إشارات إلكترونية متكررة (عادةً موجات جيبية أو مربعة)، ويحول التيار المستمر إلى تيار متردد بتردد محدد.

اختيار المكونات الإلكترونية وموثوقيتها

يتكون مكون "الموثوقية" من جزأين:

• الموثوقية المتأصلة: مشتق من تصميم الشركة المصنعة والعمليات والمواد الخام وما إلى ذلك.
• موثوقية التطبيق: يعتمد على اختيار المستخدم، والمشتريات، وحماية ESD، وعمليات فحص اللحام

وفقًا لبيانات تحليل الأعطال الشاملة، فإن حوالي 50٪ من الأعطال تنشأ عن عيوب متأصلة، بينما 50٪ أخرى ناتجة عن الاستخدام غير السليم. وهذا يعني أنه حتى عند استخدام مكونات عالية الجودة، يمكن أن تحدث مشكلات إذا كانت عمليات الاستخدام غير موحدة.

الأسئلة المتداولة

1. ما هو الفرق الأساسي بين المكونات السلبية والأجهزة النشطة؟
يمكن للمكونات السلبية أن تعمل بدون طاقة خارجية ويمكنها فقط تخفيف أو تخزين الإشارات، دون تضخيمها أو التحكم فيها. أما الأجهزة النشطة فتحتاج إلى طاقة خارجية لأداء وظائفها الأساسية ويمكنها تضخيم الإشارات أو التحكم في تدفق التيار.

2. كيفية اختيار درجة جودة المكونات الإلكترونية المناسبة لمشروع ما؟
يعتمد الاختيار على بيئة التطبيق: تختار المنتجات التجارية الدرجة التجارية؛ تتطلب البيئات الصناعية الدرجة الصناعية؛ يجب أن تستخدم إلكترونيات السيارات الدرجة الخاصة بالسيارات؛ تحتاج التطبيقات العسكرية والفضائية إلى مكونات عسكرية أو فضائية مناسبة.

3. ما هي مزايا وعيوب الدوائر المتكاملة مقارنة بالمكونات المنفصلة؟
تتميز الدوائر المتكاملة بدرجة عالية من التكامل وصغر الحجم والموثوقية العالية والأداء المتسق، ولكنها تتميز بتصميم معقد ومرونة ضعيفة. توفر المكونات المنفصلة مرونة في التصميم وتكلفة منخفضة وقدرة قوية على التعامل مع الطاقة، ولكنها تؤدي إلى حجم أكبر للنظام وموثوقية أقل نسبيًا.

4. ما هو تصميم تخفيض قدرة المكونات، ولماذا هو مهم؟
يتضمن تصميم تخفيض القدرة تشغيل المكونات عند مستويات إجهاد أقل من قيمها القصوى المحددة، مثل استخدام المقاومات عند ما لا يزيد عن 60٪ من طاقتها المحددة. وهذا يحسن بشكل كبير من موثوقية النظام وعمر المكونات، خاصة في البيئات القاسية.

5. كيفية إنشاء نظام فعال لإدارة المكونات وتتبعها؟
إنشاء نظام إدارة شامل يغطي اختيار المكونات والمشتريات والقبول والتخزين والتوزيع والاستخدام وتسجيل أرقام الدفعات وتواريخ الإنتاج ومعلومات الموردين وما إلى ذلك، لتمكين التتبع السريع والعزل عند حدوث مشاكل.