البناء من نقطة إلى نقطة

في مجال الإلكترونيات ، يُعدّ التوصيل المباشر تقنيةً غير آلية لبناء الدوائر ، وقد شاع استخدامها قبل انتشار لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) والتجميع الآلي تدريجيًا بعد ظهورها في خمسينيات القرن الماضي. كانت الدوائر التي تستخدم الصمامات الحرارية (أنابيب التفريغ) كبيرة الحجم نسبيًا، وبسيطة نسبيًا (حيث تم تقليل عدد الأجهزة الكبيرة والساخنة والمكلفة التي تحتاج إلى استبدال)، وتستخدم مقابس كبيرة، مما جعل لوحة الدوائر المطبوعة أقل فائدةً مقارنةً بدوائر أشباه الموصلات المعقدة اللاحقة . لا يزال التوصيل المباشر شائعًا في إلكترونيات الطاقة ، حيث تكون المكونات ضخمة الحجم، وتُعدّ سهولة الصيانة أمرًا بالغ الأهمية، وكذلك في بناء نماذج أولية للمعدات ذات عدد قليل من المكونات الإلكترونية أو ذات مكونات ثقيلة . ومن الممارسات الشائعة، خاصةً في التوصيل المباشر القديم، استخدام أطراف المكونات مثل المقاومات والمكثفات لتوصيل أكبر مسافة ممكنة بين المكونات، مما يقلل الحاجة إلى إضافة أسلاك إضافية بينها.

قبل اختراع التوصيل المباشر بين نقطتين، كانت التجميعات الكهربائية تستخدم البراغي أو موصلات الأسلاك لتثبيت الأسلاك على لوحة عازلة من الخشب أو السيراميك. وكانت هذه الأجهزة عرضة للتلف بسبب تآكل نقاط التلامس أو ارتخاء التوصيلات ميكانيكيًا. في بعض الأحيان، كانت أجهزة الراديو البحرية المتميزة ، وخاصة من ماركوني ، تستخدم النحاس الملحوم في دوائر قضبان التوصيل ، لكن هذه الطريقة كانت مكلفة. وكان الاختراع الحاسم هو تطبيق اللحام على التجميعات الكهربائية. في عملية اللحام، تُصهر سبيكة من القصدير والرصاص (أو معادن أخرى)، تُعرف باسم اللحام ، وتلتصق بمعادن أخرى غير منصهرة، مثل النحاس أو الفولاذ المطلي بالقصدير . يوفر اللحام اتصالًا كهربائيًا وميكانيكيًا قويًا.

لا يُعدّ التوصيل السلكي المباشر مناسبًا للتجميع الآلي (مع أن طريقة لف الأسلاك تُعدّ طريقة مشابهة)، ويتم تنفيذه يدويًا، مما يجعله أكثر تكلفة وأكثر عرضة لأخطاء التوصيل من لوحات الدوائر المطبوعة، حيث يتم تحديد التوصيلات من قِبل الشخص الذي يقوم بالتجميع وليس من قِبل لوحة دوائر مطبوعة. في الإنتاج، وليس في مرحلة النماذج الأولية، يمكن تقليل الأخطاء إلى أدنى حد من خلال إجراءات تشغيل مصممة بعناية .

يستخدم شكل وسيط من أشكال البناء شرائط طرفية (تُسمى أحيانًا "لوحات العلامات")، أو لوحات ذات حلقات، أو لوحات دوارة . لاحظ أنه إذا رُتبت المكونات على لوحات مزودة بعلامات أو حلقات أو دوارات في كلا الطرفين، مع توصيل الأسلاك بالمكونات التالية، يُطلق على هذا البناء اسم بناء العلامات أو الحلقات أو الدوارات على التوالي، لأن المكونات لا تنتقل من نقطة إلى أخرى. مع أن بناء الخشب المكدس يمكن توصيله بطريقة مماثلة، إلا أن كثافته تعني أن موضع المكونات عادةً ما يكون ثابتًا بواسطة قاعدة تُثبّت فيها المكونات.

يستخدم تصميم شريط التوصيل، والذي يُشار إليه غالبًا باسم "التوصيل المباشر" في أوساط مُصنّعي مُضخّمات غيتار الصمامات، شرائط التوصيل (وتُسمى أيضًا "لوحات التوصيل"). يتكون شريط التوصيل من أطراف نحاسية مطلية بالقصدير، لكل منها ثقب لإدخال أطراف الأسلاك، مثبتة على شريط عازل ، مصنوع عادةً من مادة رخيصة ومقاومة للحرارة مثل الورق المُلصق بالراتنج الصناعي ( FR-2 )، أو الباكليت المُقوّى بالقطن. يحتوي العازل على دعامة تثبيت مُدمجة، تُوصل أحيانًا كهربائيًا بواحدة أو أكثر من الحلقات النحاسية لتوصيلها بهيكل الجهاز.

صُنع الهيكل أولاً من صفائح معدنية أو خشب . ثم رُكّبت شرائط التوصيل المعزولة بالمسامير أو البراغي أو البراغي على الجانب السفلي أو الداخلي للهيكل. ورُكّبت المحولات والمكثفات الكبيرة وقواعد الصمامات وغيرها من المكونات الكبيرة على الجزء العلوي من الهيكل. ومُدّت أسلاكها عبر فتحات إلى الجانب السفلي أو الداخلي. ودُفعت أطراف الأسلاك أو المكونات ذات الأطراف السلكية، مثل المكثفات والمقاومات، عبر أطراف التوصيل، وعادةً ما كانت تُلفّ وتُلفّ. وبعد تركيب جميع الأسلاك المراد توصيلها في أطراف التوصيل، لُحمت معًا (وبطرف التوصيل).

اعتاد فنيو تجميع الإلكترونيات المحترفون العمل من خلال كتب الصور واتباع تسلسل تجميع دقيق لضمان عدم إغفال أي مكون. هذه العملية كثيفة العمالة ، وعرضة للخطأ، وغير مناسبة للإنتاج الآلي. حتى بعد ظهور لوحات الدوائر المطبوعة، لم تعد هناك حاجة لتصميم وتصنيع هذه اللوحات.

استمر استخدام التوصيلات المباشرة ولوحات التوصيل في بعض أجهزة الصمامات المفرغة حتى بعد ظهور لوحات الدوائر المطبوعة. يمكن أن تؤدي حرارة الصمامات إلى تلف لوحات الدوائر وجعلها هشة وعرضة للكسر. ويُلاحظ تلف لوحات الدوائر غالبًا في أجهزة الراديو الرخيصة التي تعمل بالصمامات المفرغة والتي صُنعت في ستينيات القرن الماضي، وخاصةً حول صمامات الإخراج والمقوم الساخنة. واستمرت شركة زينيث الأمريكية في استخدام التوصيلات المباشرة في أجهزة التلفزيون التي تعمل بالصمامات المفرغة حتى أوائل سبعينيات القرن الماضي.

لا تزال بعض أجهزة الصوت عالية الجودة ، مثل مكبرات الصوت، تعتمد على التوصيل المباشر باستخدام دبابيس طرفية، ^{[ 1 ]} وغالبًا بكميات قليلة جدًا. في هذا السياق، يُستخدم التوصيل المباشر الحديث عادةً كعنصر تصميم تسويقي وليس نتيجةً لاعتبارات اقتصادية في الإنتاج على نطاق صغير جدًا.

أحيانًا، لا يزال يُستخدم التوصيل المباشر بين نقطتين - بدون شرائط طرفية - بوصلات قصيرة جدًا، عند ترددات الراديو العالية جدًا (في نطاق الجيغاهرتز ) لتقليل السعة والحث الطفيليين ؛ إذ تصبح السعة بين مسار لوحة الدوائر وموصل آخر، وحث المسار القصير، ذات أهمية أو مهيمنة عند الترددات العالية. في بعض الحالات، يكون تصميم لوحة الدوائر المطبوعة بعناية على ركيزة ذات خصائص جيدة للترددات العالية (مثل السيراميك) كافيًا. يُوضح مثال على هذا التصميم في مذكرة تطبيقية تصف مولد نبضات قائم على ترانزستور الانهيار الجليدي بزمن صعود يبلغ جزءًا من النانوثانية؛ حيث يتم توصيل المكونات الحرجة (القليلة) مباشرةً ببعضها البعض وبموصل الإخراج بأقصر الأسلاك الممكنة. ^{[ 2 ]}

في المعدات المعقدة تحديدًا، غالبًا ما تُصمَّم الدوائر السلكية على شكل "سلم" من المكونات المتجاورة، والتي تحتاج إلى توصيلها ببعضها البعض أو بالمكونات الأخرى عبر وصلات سلكية. يقلل التصميم الجيد من هذه الوصلات وتعقيد الأسلاك، وغالبًا ما يقترب من التوصيل المباشر بين نقطتين. ومن بين الأجهزة المعقدة، تبرز راسمات الإشارة الأنبوبية المفرغة من تيكترونيكس، التي سبقت تقنية لوحات الدوائر المطبوعة ، بتصميمها الممتاز للتوصيل المباشر بين نقطتين. ^{[ 3 ]}

إذا كانت التأثيرات الطفيلية كبيرة، فإن توصيلات الأسلاك من نقطة إلى نقطة وتوصيلات لوحة التوصيل تحتوي على مكونات طفيلية متغيرة، بينما يكون الحث والسعة الناتجين عن لوحة الدوائر المطبوعة متماثلين لجميع العينات ويمكن تعويضهما بشكل موثوق، وهو أمر قد يكون ضروريًا لبعض دوائر الترددات الراديوية. في بعض تصميمات الترددات الراديوية من نقطة إلى نقطة المُحسَّنة للغاية، يمكن ضبط الدائرة عن طريق ثني الأسلاك.

إن وضع الوحدة المكتملة في غلاف يحمي الدائرة من بيئتها، ويحمي المستخدمين من المخاطر الكهربائية.

لا تزال بعض العلامات التجارية الكبرى تستخدم لوحات التوصيل من نوع شريط التوصيل، ولكن عادةً لخطوط إنتاج خاصة. أعادت شركة مارشال، المتخصصة في تصنيع مضخمات الغيتار الكهربائي ، إصدار بعض طرازاتها القديمة، مستخدمةً هذا النوع من التصميم كميزة، على الرغم من أن منتجاتها القياسية تستخدم لوحات الدوائر المطبوعة منذ فترة طويلة. عادةً لا تُثبّت الصمامات في أجهزة الصمامات الحرارية على لوحة الدوائر المطبوعة لتجنب التلف الناتج عن الحرارة، بل تُستخدم لوحات الدوائر المطبوعة للتوصيلات، مما يحقق اقتصاديات لوحات الدوائر المطبوعة المنتجة بكميات كبيرة دون التلف الناتج عن الحرارة.

غالبًا ما لا تُصنع النماذج الأولية القابلة للتعديل على لوحات الدوائر المطبوعة، بل باستخدام لوحات التجارب . تاريخيًا، كانت هذه اللوحات عبارة عن ألواح خشبية مثبتة عليها مكونات موصولة بأسلاك. أما في الآونة الأخيرة، فيُطلق المصطلح على لوحة من مادة عازلة رقيقة بها ثقوب بمسافة قياسية تبلغ 0.1 بوصة؛ حيث تُدفع المكونات عبر هذه الثقوب لتثبيتها، وتُوصل بأسلاك مباشرة على الجانب الآخر من اللوحة. يوجد نوع من لوحات التجارب مخصص للنماذج الأولية يتميز بهذا التصميم، ولكنه يحتوي على شرائح من موصلات زنبركية معدنية أسفل شبكة من الثقوب تُدفع فيها المكونات لإجراء توصيلات كهربائية مثل أي موصل قابل للإزالة . يتم توصيل جزء من الأطراف في خط مستقيم باتجاه واحد كهربائيًا، عادةً في مجموعات من 5 إلى 10 أطراف مع مجموعات متعددة في كل صف، وقد تتخلل هذه الأطراف أعمدة تمتد على ارتفاع اللوحة للتوصيلات الأكثر شيوعًا (عادةً خطوط إمداد الطاقة ). تقع لوحات التجارب هذه، ولوحات الشرائح ، في مكان ما بين لوحات الدوائر المطبوعة والتوصيل المباشر. لا تتطلب هذه الأنظمة تصميم وتصنيع لوحة الدوائر المطبوعة، ويمكن تعديلها بسهولة مثل إعداد نقطة إلى نقطة.

لوحة التوصيل هي لوحة بها ثقوب مرتبة على شكل شبكة مربعة، عادةً بمسافة 0.1 بوصة بين كل ثقب وآخر؛ جميع الثقوب في خط مستقيم متصلة بشريط نحاسي كما هو الحال في لوحة الدوائر المطبوعة. يتم إدخال المكونات من الجانب الخالي من الشرائط ولحامها في مكانها. يمكن قطع الشرائط بكشط جزء من النحاس، وتتوفر قواطع لوحات التوصيل لهذه المهمة، وهي عبارة عن مثقاب بمقبض ، ويتم استخدامها عن طريق تدويرها على الثقوب الموجودة في الشريط.

يمكن استخدام التصميم الحر في الحالات التي يكون فيها تصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) كبيرًا جدًا أو يتطلب جهدًا كبيرًا لتصنيع عدد قليل من المكونات. تُستخدم عدة طرق للتصميم. في أحد أقصى هذه الطرق، يمكن استخدام قلم توصيل الأسلاك مع لوحة مثقبة، مما ينتج عنه نتائج أنيقة واحترافية. في المقابل، هناك طريقة " الحشرة الميتة "، حيث تُقلب الدوائر المتكاملة رأسًا على عقب مع بروز أطرافها في الهواء كحشرة ميتة، وعادةً ما تُلحم أطراف المكونات مباشرةً بمكونات أخرى كلما أمكن، مع عدم وجود أسلاك إضافية في العديد من الدوائر الصغيرة. على الرغم من مظهرها غير المرتب، يمكن استخدام التصميم الحر لإنشاء دوائر أكثر إحكامًا من الطرق الأخرى. يُستخدم هذا الأسلوب غالبًا في روبوتات BEAM وفي دوائر الترددات الراديوية حيث يجب أن تكون أطراف المكونات قصيرة. يستخدم الهواة هذا النوع من التصميم للدوائر الفردية، كما يستخدمه المحترفون لتطوير الدوائر، خاصةً عند الترددات العالية. ^{[ 4 ]}

في تطبيقات الترددات العالية، يمكن استخدام قاعدة معدنية قابلة للحام ومؤرضة، مثل الجانب النحاسي للوحة الدوائر المطبوعة غير المحفورة، كقاعدة ومستوى أرضي. تجدون معلومات حول تجارب الدوائر عالية التردد ورسومات توضيحية لبنية لوحة التجارب مع المستوى الأرضي في مذكرة تطبيقية من شركة Linear Technologies. ^{[ 4 ]}

• غلاف سلكي

• صورة لرقعة دائرة على شكل "حشرة ميتة"
• تُظهر تقنيات التوصيل التدريجي مثالاً على التوصيل من نقطة إلى نقطة المطبق على مكونات التثبيت السطحي .