Как проектировать электронные схемы

1. КОНСТРУИРОВАНИЕ И СБОРКА ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

ФОРМИРОВАНИЕ БАТАРЕИ АККУМУЛЯТОРОВ

Радиоуправляемые модели и другие электронные устройства часто получают питание от аккумуляторной батареи напряжением 7,2 или 9,6 В. Такой блок состоит из 6 или 8 элементов по 1,2 В, соединенных последовательно и помещенных в специальный корпус. При отсутствии подходящего корпуса его упрощенный вариант легко изготовить из отрезка велосипедной камеры, в который плотно вставлены спаянные друг с другом элементы (рис. 1.1). Хотя внешний вид такой конструкции оставляет желать лучшего, она не требует практически никаких расходов.

ЭКРАНИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ

Иногда нужно обеспечить качественное экранирование устройства или его узла, чувствительного к наводкам (например, предусилителя приемника ИК излучения). Проблема решается довольно просто, если корпус устройства выполнен из металла и его можно заземлить (следует помнить о возможности появления ненулевого потенциала на гнездах соединителей и др.). В противном случае можно спаять экранирующий корпус из фольгированного стеклотекстолита или гетинакса (рис. 1.2а).

Вскрывать такой корпус довольно сложно, поэтому размещаемый в нем узел следует заранее тщательно проверить.

Для небольшой сборки корпус можно изготовить из отрезка медненой водопроводной трубы, которая с одного конца запаивается обрезком фольгированного стеклотекстолита, а с другой закрывается стандартной заглушкой (рис. 1.2б).

БАЙОНЕТНЫЕ КОАКСИАЛЬНЫЕ СОЕДИНИТЕЛИ

Сборка кабеля, снабженного миниатюрным байонетным соединителем штыревого типа, является весьма трудоемкой операцией. В зависимости от модели эти соединители крепятся к проводникам путем пайки или обжима. Для сборки необходимо оголить кабель на точно заданную длину и смонтировать большое количество деталей. Если не предполагается работа с устройствами ВЧ диапазона, значительно проще припаять к кабелю штыревую часть обычного коаксиального разъема и использовать переходник на байонетный соединитель (рис. 1.3). Такой комплект обойдется дешевле, чем сам байонетный соединитель, а изготовленный кабель можно будет подключать к разъемам двух типов.

КЛАВИШНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Во многих устройствах для управления применяются клавиши с четырьмя выводами, соединенными попарно для облегчения операции матрицирования. Корпус клавишного выключателя неквадратной формы имеет два варианта размещения выводов (рис. 1.4). Поэтому перед разработкой печатной платы нужно приобрести клавиши определенного типа или предусмотреть различные варианты соединений.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МОНТАЖУ СХЕМ

Использование разноцветных проводов

Для подключения к схеме некоторых компонентов, в частности поворотных переключателей и многоконтактных соединителей, потребуется большое число проводов. Провода, припаянные к подобному компоненту, обычно сплетаются или соединяются в жгут с использованием стяжных хомутиков, колец и т. п. В этом случае для проводов, присоединяемых к определенным контактам, удобно применять стандартный ««цветовой код». Например, к первому выводу можно всегда подводить коричневый провод, ко второму — красный и т. д. Если компонент имеет более десяти выводов, для второго десятка удобно использовать те же цвета, что и для соответствующих выводов первого. Подобная методика существенно облегчает проверку соединений на стадиях монтажа и наладки устройства, а также при его ремонте.

Порядок монтажа компонентов

Начинающим радиолюбителям полезно помнить о том, что монтаж печатной платы следует начинать с самых — «низких» компонентов, переходя затем к более крупным и заканчивая деталями, которые монтируются вертикально. При такой последовательности монтажа крупные компоненты не помешают нужным образом установить для пайки более мелкие (рис. 1.5а). Например, можно начать с размещения на плате всех перемычек, затем прижать к плате лист пенопласта и перевернуть ее для выполнения пайки (рис. 1.5б). Вслед за этим можно приступать к монтажу небольших резисторов, диодов и т. д.

С целью временного закрепления компонентов перед пайкой можно слегка отогнуть их выводы в разные стороны, не допуская при этом закорачивания близко расположенных контактных площадок (рис. 1.5в).

Размещение компонентов для облегчения проверки схемы

Большинство электронных устройств в процессе их создания и эксплуатации подвергаются наладке, тестированию или ремонту. Такие операции требуют подключения измерительных приборов к различным точкам схемы. Поэтому желательно монтировать компоненты так, чтобы контрольные точки были легко доступны.

Рассмотрим, например, наладку многокаскадного усилителя, когда анализ сигнала на его выходе, обычно расположенном на краю платы и доступном для контактирования, не дает достаточной информации о состоянии каскадов. Для успешного тестирования необходимо последовательно подключать щуп осциллографа ко входам или выходам различных каскадов. В серийных устройствах для этой цели специально предусматривают участки металлизации с удобным доступом, которые обозначаются на плате и в схеме как TP1, ТР2 и т.д., где ТР означает Test Point («контрольная точка», англ.). Такие точки полезно предусмотреть и в любительской аппаратуре.

При проектировании и монтаже устройства необходимо учитывать, что вертикально расположенные компоненты (например, резисторы) затрудняют доступ сверху к некоторым точкам схемы. На рис. 1.6 показан пример неудачного размещения резистора, когда нужная контрольная точка недоступна, и дан вариант более удобного монтажа того же элемента.

Ориентация компонентов печатной платы

В процессе наладки и ремонта устройства приходится неоднократно проверять маркировку компонентов, размещенных на печатной плате. К сожалению, даже в аппаратуре промышленного производства компоненты не всегда располагают самым удобным образом.

Необходимо взять за правило размещать элементы схемы таким образом, чтобы было удобно считывать их номиналы и маркировку при одном положении платы, которое реализуется при вскрытии корпуса устройства (рис. 1.7).

В идеальном варианте маркировка всех элементов должна соответствовать ориентации маркировки интегральных схем, но, увы, это не всегда возможно.

МОНТАЖНЫЕ ПРОВОДА

Выпрямление одножильного провода

Жесткий одножильный провод используется в электронных схемах сравнительно редко. Его применяют для создания перемычек на односторонних печатных платах. Одножильный провод будет гораздо легче использовать, если после снятия изоляции выпрямить его.

Кроме того, изготовленные из него перемычки будут лучше выглядеть. Для этого провод длиной приблизительно 40 см зачищают, один его конец зажимают в тисках, а другой наматывают на плоскогубцы и натягивают до получения идеально прямой линии. Остается отрезать кусок провода нужной длины и при необходимости согнуть (см. также раздел «Перемычки на печатной плате»).

Протягивание проводов через отверстие

Нередко провода необходимо протянуть через довольно узкое отверстие в крышке розетки или соединителя. Задача станет намного легче, если предварительно слегка натереть провода мылом или жидкостью для мытья посуды. Это следует сделать до зачистки проводов, чтобы смазка не проникла внутрь кабеля. После завершения операции смазку надо сразу удалить, даже если придется еще раз протягивать провода при повторном вскрытии розетки.

Изготовление жгута

При прокладывании монтажных проводов, соединяющих различные элементы схемы, отдельные провода удобно скрепить в жгуты. С этой целью используются специальные стяжные хомутики или кольца. Иногда провода связывают вощеной нитью. Можно просто сплести провода между собой по три. Полученные «косички» удобно, в свою очередь, переплести между собой, чтобы собрать все нужные провода в один жгут.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Камера для экспонирования

Можно самостоятельно сделать камеру для экспонирования платы, изготавливаемой методом фотолитографии. При этом рекомендуется разместить в камере одну или две люминесцентные лампы (помимо ламп ультрафиолетового излучения). Люминесцентные лампы удобно использовать для визуальной проверки непрозрачности и качества выполнения фотошаблона перед экспонированием. Их можно смонтировать в глубине камеры, чтобы не создавать лишних теней. Следует поставить специальный выключатель, позволяющий включать лампы независимо. При выполнении различных операций можно также заменять лампы, но это менее удобно.

Заметим, что нельзя рассматривать фотошаблон при свете ультрафиолетовых ламп, поскольку это вредно для глаз.

Создание рисунка печатной платы

Ниже представлены некоторые приемы, с помощью которых удобно создавать рисунок печатной платы:

• при проектировании рисунка печатной платы удобно использовать стандартную макетную плату с отверстиями, расположенными в узлах сетки с фиксированным шагом. Временное размещение компонентов на такой плате позволяет точно проверить занимаемое ими место и зрительно представить окончательный результат. Это снижает риск появления ошибок и улучшает внешний вид будущей схемы;

• если изготавливается небольшое количество схем, можно удалить неиспользуемые выводы компонентов. Хотя подобную операцию выполняют нечасто, она позволяет уменьшить количество отверстий и при необходимости проложить большее число дорожек. Для обрезания выводов удобно применять небольшие кусачки;

• при проектировании кварцевого генератора, служащего тактовым генератором микропроцессора, желательно принять меры для защиты устройства от электромагнитных помех. С этой целью рекомендуется сохранить вокруг генератора значительные участки металлизации и соединить их с общей точкой схемы.

Соединения между компонентами генератора должны быть максимально расширены для снижения наводок и паразитных индуктивностей дорожек. Как правило, производители кварцевых резонаторов указывают способ рационального размещения компонентов на плате в соответствующей документации.

Нейтрализация хлорного железа

Создание печатных плат своими собственными силами — сравнительно простая задача, доступная радиолюбителям. Однако при ее выполнении приходится иметь дело с вредными химическими веществами, поэтому необходимо принять специальные меры экологической безопасности. В частности, ни в коем случае нельзя выбрасывать с обычным мусором хлорное железо, применяемое для травления медной фольги. Его следует нейтрализовать специальными реактивами, которые недорого стоят и пригодны для многократного использования.

Необходимо также внимательно относиться к надписям на упаковке других применяемых химикатов (в частности, проявителей) и в точности следовать инструкциям производителей, где говорится о том, как поступать с отходами.

Сверление отверстий в печатной плате

Отверстия в печатных платах для монтажа большинства компонентов должны иметь диаметр 0,8 мм, для интегральных схем — 0,6 мм. Поскольку стеклотекстолит является сравнительно прочным материалом, сверлить его довольно сложно.

Существует два типа сверл: стальные и из карбида вольфрама.

Первые дешевле, но срок их службы ограничен. Вторые стоят примерно в пять раз дороже и позволяют проделать большое количество отверстий, однако при боковых нагрузках легко ломаются. Имеет смысл приобрести два набора стальных сверл: диаметром 0,6 и 0,8 мм.

Сначала сверлом 0,6 мм сверлят все отверстия. На следующем этапе нужные отверстия расширяют посредством сверла диаметром 0,8 мм. При этом инструмент меньше изнашивается и служит дольше.

Использование упрощенного варианта сверлильного станка (довольно дешевого) в виде штатива с приводом, обеспечивающим вертикальную подачу сверла, окажет неоценимую помощь в работе и обеспечит высокое качество сверления. В таком варианте сверло не испытывает боковых нагрузок, что особенно важно для сверл из карбида вольфрама.

Оборудование для изготовления печатных плат

Оборудование, с помощью которого можно нанести рисунок на печатную плату, довольно разнообразно. Подобные установки служат для выполнения двух основных операций — экспонирования и травления. Если нужно изготавливать всего несколько схем в месяц, оборудование обойдется достаточно дешево. Для экспонирования потребуется камера с ультрафиолетовыми лампами и простым устройством вроде пресса для прижима фотошаблона к заготовке печатной платы. Умелые любители могут свести расходы к минимуму и сконструировать такое устройство своими силами.

Достаточно эффективные установки для травления также сравнительно дешевы. Удобны, например, камеры вертикального типа с перемешиванием травителя при помощи пузырьков воздуха и с нагревателями для аквариумов. Такие камеры экономно расходуют хлорное железо, их удобно чистить.

Не стоит браться за изготовление двусторонней печатной платы любительскими средствами. Нужное оборудование стоит очень дорого, а осуществить металлизацию отверстий практически невозможно. При необходимости лучше обратиться в организацию, которая специализируется на производстве подобных плат.

Изготовление фотошаблона

Любителям доступны два варианта технологии изготовления печатной платы. При первом слой краски наносится непосредственно на фольгированную поверхность. Для получения нужного рисунка незакрашенные участки фольги удаляются с помощью травления в хлорном железе. При втором методе используется техника фотолитографии: сначала необходимо изготовить фотошаблон, качество которого определяет окончательный результат. Современные компьютерные технологии позволяют существенно упростить этот этап. Существующие на сегодняшний день принтеры (струйные и лазерные) обеспечивают великолепное разрешение при печати на различных носителях.

Любитель, который занимается проектированием плат от случая к случаю, может обойтись и без дорогостоящего специализированного программного обеспечения. Рисунки нужного качества можно выполнить с помощью более простых и доступных программ. Они обеспечивают черчение по сетке с заданным шагом, создание нужных элементов (контактных площадок и др.), их соединение между собой, а также функции вращения, мультиплицирования и зеркального отображения элементов рисунка. Печать, как правило, выполняется на специальной прозрачной пленке. Опыт показывает, что плотность печати на таком фотошаблоне обычно недостаточно высока. В этом случае, используя созданный чертеж, можно изготовить негатив на фотопленке, который легко экспонируется и проявляется (рис. 1.8).

Распиливание платы с нанесенным рисунком

При наличии хорошей пилки с мелким зубом не составит большого труда распилить перед травлением стеклотекстолитовую плату, на которую нанесен нужный рисунок. Следует прочертить линию по слою металлизации и пилить именно с этой стороны. Так легче избежать повреждения тонкого слоя краски. При распиливании также желательно подложить под заготовку платы кусок ткани, чтобы предохранить сторону, где будут размещаться компоненты, от появления царапин (рис. 1.9).

КОМПОНЕНТЫ С ПОВЕРХНОСТНЫМ МОНТАЖОМ

Компоненты с поверхностным монтажом (КПМ) в основном применяются для серийного изготовления электронной аппаратуры. Они обладают несомненными преимуществами: занимают сравнительно малую площадь, недороги (при массовом изготовлении), их можно быстрее смонтировать, поскольку не нужно сверлить печатные платы. Однако для любительских схем такие компоненты малопригодны. Для них сложно создать самодельную печатную плату, часто эти компоненты продаются только большими партиями. Кроме того, для их монтажа нужны специальные инструменты (паяльник, использующий горячий воздух).

Тем не менее есть ситуации, когда КПМ могут понадобиться любителю. Во-первых, иногда их приходится применять из-за дефицита доступной поверхности платы (использование DIP 28, 32 или 40 в устройствах памяти). Во-вторых, такие компоненты нужны для замены неисправных элементов в существующей схеме. Для пайки КПМ можно использовать паяльник с очень тонким жалом, однако д ля этого требуется некоторая сноровка. Специальное жало можно изготовить, аккуратно поработав напильником и шкуркой. Срок службы такого инструмента ограничен, поэтому нагрев должен выполняться только на время пайки.

Демонтаж КПМ — довольно сложная операция, особенно в случае микросхем с близко расположенными выводами. Чтобы облегчить задачу, можно применить маленькую хитрость: надо просунуть небольшой провод под один ряд выводов и нагреть его, а затем достаточно сильно потянуть, чтобы выводы освободились один за другим. Предварительно стоит потренироваться на негодной карте.

Одна из проблем использования КПМ связана с их маркировкой: надписи на миниатюрном корпусе обычно трудно прочесть. Кроме того, для КПМ и идентичных классических компонентов используются разные обозначения, что порождает значительные неудобства.

В части логических микросхем дело обстоит немного проще, поскольку основа обозначения остается постоянной. Например, стандартный компонент CD4001 переименован в 4001 ВТ или Х4001. С диодами сложнее, поскольку, например, классический компонент 1N4148 получает маркировку BAS16 и т. д.

При отсутствии документации лучше взять нужные таблицы соответствия у поставщика, тем более что обозначения аналогичных компонентов от разных производителей не совпадают. Не забудьте уточнить расположение выводов приборов, которое также может оказаться нестандартным.

ВЫБОР КОРПУСА

Выбор корпуса для разрабатываемого устройства диктуется размерами последнего, назначением, требованиями эстетики, стоимостью и, наконец, наличием нужной модели в каталогах изготовителей или поставщиков. Если устройство выполняется согласно рекомендациям, почерпнутым из специальной литературы, можно довериться выбору автора. В противном случае стоит, оставив в стороне эстетическую сторону вопроса, сделать временный корпус из оргалита по размерам, указанным в каталоге. Это даст более точные представления о законченности схемы, ее внешнем виде и о свободном пространстве в корпусе. В дальнейшем будет легче внести нужные изменения.

УЧЕТ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ПРИ ПАЙКЕ

Если требуется припаять провод к большой металлической детали, нужно предварительно залудить место пайки, нагрев деталь. Однако деталь, зажатую в тисках, нагреть будет трудно, поскольку тепло интенсивно отводится к тискам. Гораздо лучше прижать металлическую деталь к деревянной поверхности с помощью небольших щипцов или отвертки (рис. 1.10), а сверху положить тяжелый предмет. Не забудьте предварительно зачистить поверхность, предназначенную для пайки, с помощью наждачной бумаги или ножа.

НАКОНЕЧНИКИ ДЛЯ ШНУРОВ

Существует множество типов и размеров наконечников для шнуров, обеспечивающих выполнение надежных разъемных соединений (такие наконечники широко используются, например, в электропроводке автомобилей). Как правило, наконечники крепятся к многожильному проводу путем обжима с помощью специальных инструментов, иногда довольно дорогих. Однако можно избежать этой операции, заменив ее пайкой. Провод оголяют на нужную длину и облуживают. Затем наконечник заливают припоем (рис. 1.11).

Поддерживая припой в разогретом состоянии, аккуратно вставляют провод так, чтобы его отдельные жилы не отгибались. После этого наконечник оставляют охлаждаться естественным образом (на него не следует дуть), а затем проверяют прочность соединения, с усилием натягивая провод. Если пайка прошла успешно, на наконечник надвигают отрезок изолирующей хлорвиниловой трубки подходящего диаметра (его следует надеть на провод перед пайкой). Лишний припой, который иногда мешает надеть трубку, можно удалить с помощью напильника.

СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ДЕВЯТИВОЛЬТОВОЙ БАТАРЕЙКИ

Малогабаритная девятивольтовая батарейка широко используется для питания портативных электронных устройств с незначительным потреблением энергии. Она подключается при помощи специального разъема. Прежде чем выбрасывать отслужившую батарейку, снимите с нее верхнюю пластину. Припаяйте к контактам пластины два провода, аккуратно изолируйте места пайки — и вы получите готовый соединительный элемент, который может пригодиться в будущем.

СТОЙКИ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ПЛАТ

Для крепления печатной платы на некотором расстоянии от корпуса и от других плат используются стойки из различных материалов. Если под рукой нет стоек подходящего размера, можно воспользоваться длинными винтами диаметром 3 мм (такие винты обычно наиболее удобны) с гайками для крепления плат на нужном расстоянии от корпуса (рис. 1.12). Со стороны металлизации печатной платы лучше использовать гайки из нейлона (или подложить под металлическую гайку изолирующую шайбу), чтобы изолировать винты от дорожек, проходящих вблизи крепежных отверстий.

СРАЩИВАНИЕ ПРОВОДОВ

Часто нужно удлинить провод или соединить несколько проводов внутри одного корпуса. Сращивание можно выполнить разными способами. Облуженные куски провода, например, допустимо спаивать в торец (рис. 1.13а).

Также можно сначала скрутить провода, а затем спаять их. При этом соединение будет более надежным. Если необходимо соединить несколько проводов, то их можно скрутить по два, затем еще раз по два и т.д. В любом случае место сращивания нужно защитить с помощью изоляционной ленты или отрезка хлорвиниловой трубки, фиксирующейся посредством бандажа (рис. 1.13б). При необходимости провода вблизи места соединения прикрепляют к специальной опоре или печатной плате.

ОБЛУЖИВАНИЕ ПРОВОДОВ

Провод облуживают каждый раз перед тем, как вставить в отверстие для пайки или для крепления с помощью винтового зажима. После облуживания зачищенный конец провода не распадется на отдельные жилы, соединение будет иметь достаточную механическую прочность и минимальное электрическое сопротивление. Напомним, что для качественного облуживания многожильного провода нужно снять изоляцию на достаточную длину, тщательного скрутить отдельные жилы, нанести припой, а затем аккуратно обрезать конец облуженного провода под углом.

ОФОРМЛЕНИЕ ЛИЦЕВОЙ ПАНЕЛИ

При оформлении лицевой панели современных приборов теперь уже не используют выступающие кнопки и поворотные переключатели, которые крепились на алюминиевом листе с надписями, нанесенными черной краской. Предпочтение отдается плоским поверхностям, за которые не выступают компоненты, служащие для управления и индикации (рис. 1.14).

Эти компоненты размещаются группами в соответствии с выполняемыми функциями.

Панель обычно выполняется из листового металла или пластмассы и имеет светлый фон с разноцветными надписями. Изготовление подобных панелей существенно облегчается при использовании современных цветных принтеров. Печать на прозрачных листах, которые используются для проекторов, позволяет быстро и качественно изготовить рисунок панели с необходимыми надписями. Другой способ изготовления рисунка — выполнение цветной ксерокопии с бумажного оригинала на прозрачную пленку. Пленку можно наложить на непрозрачную основу, в которой сделаны отверстия для индикаторов. Пленку с рисунком имеет смысл закрыть сверху самоклеющейся прозрачной пленкой, а все элементы закрепить по краям скотчем.

Печатная плата с индикаторами и сенсорными кнопками должна располагаться непосредственно за лицевой панелью (рис. 1.14).

Для ее крепления используются винты с потайными головками, утопленными в панель под пленкой с рисунком. Монтаж компонентов следует выполнять после временного прикрепления печатной платы к лицевой панели и тщательной разметки необходимых отверстий. Размеры отверстий в местах установки кнопок должны выбираться с запасом. Желательно не поднимать компоненты над платой и располагать ее так, чтобы расстояние до лицевой панели определялось высотой кнопки.

Некоторые элементы, занимающие много места (например, кварцевые генераторы), можно разместить «в лежачем положении» или с противоположной стороны платы. Необходимо определить способы монтажа до выполнения рисунка печатной платы. Рядом с каждой кнопкой следует расположить по крайней мере одну опору, чтобы плата не деформировалась при нажатии.

НАКОНЕЧНИКИ ТИПА «БАНАН»

Для подключения стандартных шнуров к измерительным приборам и источникам питания часто используются наконечники типа «банан» со штырем диаметром 4 мм. Если вы конструируете лицевую панель прибора с выходными гнездами, рассчитанными на вставку таких наконечников, желательно соблюдать между центрами гнезд расстояние 19 мм. В этом случае при отсутствии наконечников типа «банан» для подключения можно будет использовать двужильные сетевые шнуры со стандартной вилкой.

КРЕПЛЕНИЕ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Как правило, на печатной плате имеется нескольких крепежных отверстий. Впоследствии соответствующие отверстия необходимо разметить на дне корпуса или на другой несущей поверхности. Нередко вместо точной разметки осей отверстий предпочитают брать печатную плату и размечать места сверления по ней или прямо сверлить отверстия в корпусе сквозь отверстия в плате. Хотя такой подход ускоряет решение задачи, точность разметки падает. Случается, что, когда расставлены крепежные стойки, печатную плату поставить на место уже невозможно. Чтобы избежать подобной ситуации, нужно вначале просверлить печатную плату и корпус сверлом диаметром 3 мм, а затем расширить отверстия в плате до 3,2 или 3,5 мм. Это облегчит сборку, а качество практически не пострадает.

ИЗОЛЯЦИОННАЯ ТРУБКА

Термоусадочная трубка

Термоусадочная трубка обеспечивает идеальную изоляцию и повышенную надежность мест соединения, а также их хороший внешний вид. Однако приходится довольно точно подбирать диаметр трубки, в противном случае обжим будет слишком слабым. Приобретение специального пистолета для нагревания горячим воздухом оправдано только при интенсивном использовании данного инструмента. Вместо него можно применить фен или пистолет для снятия краски. Паяльник следует использовать только для нагревания трубки небольшого диаметра. Соблюдая осторожность, можно осуществить прогревание с помощью зажигалки, но надо следить, чтобы на светлой трубке не оставалось черных следов копоти.

Хлорвиниловая трубка

Стоит взять за привычку сохранять отрезки хлорвиниловой изоляции, которые остаются после зачистки проводов и кабелей. В результате у вас появляется запас трубочек разных диаметров и цветов, которые можно использовать для изоляции соединений вместо относительно дорогой термоусадочной трубки. Чтобы такая изоляция не сдвигалась с нужного места, достаточно нескольких капель клея (или зажимного хомутика для трубки большого диаметра).

СЕТКА ДЛЯ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЯ

Установка громкоговорителя за лицевой панелью и обеспечение его нормального звучания — довольно сложная задача. Выполнить ее можно двумя способами: либо просверлить большое число отверстий, расположив их, например, в форме звезды, либо сделать одно большое отверстие и закрыть его сеткой. Первое решение ухудшает внешний вид громкоговорителя, особенно если хотя бы одно отверстие расположено не на своем месте. Во втором случае сверление не требует высокой точности, поскольку окончательную подгонку отверстия можно выполнить с помощью напильника.

Сложнее приобрести или изготовить сетку, нужную для завершения конструкции и для защиты мембраны громкоговорителя. Есть простое и экономное решение задачи: можно использовать макетную плату из гетинакса, в которой половину отверстий в шахматном порядке расширяют с помощью сверла диаметром 2,5 или 3 мм (рис. 1.15). После удаления заусенцев сетку следует покрасить черной матовой или блестящей краской.

МОНТАЖ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ

Независимо от типа выключателя, размещенного на передней или задней панели, и от наличия светового индикатора, всегда желательно соблюдать наиболее распространенное положение: «включено» — вверх, «выключено» — вниз. Этому стандарту соответствуют выключатели ламп в помещениях, клавиши включения компьютера или принтера и т. д. Прежде чем искать причину неисправности (например, неправильное подключение), следует всегда убедиться в том, что выключатель находится в нужном положении.

МОНТАЖ МОЩНЫХ КОМПОНЕНТОВ

Мощные транзисторы, симисторы и тиристоры в корпусах ТО3 или Т0220 (и им подобных) могут нагреваться до значительных температур. Поэтому в большинстве случаев для надежной работы этих приборов необходимо обеспечить требуемые условия теплоотвода. Если речь идет об одном компоненте, рассеивающем сравнительно невысокую мощность, достаточно небольшого радиатора. Для улучшения теплового контакта на основание корпуса прибора наносится специальная смазка.

Сложнее осуществить охлаждение нескольких мощных компонентов, которые необходимо изолировать друг от друга и от радиатора, обеспечив при этом хорошую теплопроводность. Классическое решение проблемы — использование для монтажа набора изоляционных деталей, включающего тонкие слюдяные шайбы, изоляционные втулки и резьбовые крепежные элементы (иногда выполненные из нейлона). Монтаж приборов требует аккуратности, перед включением следует тщательно проверить изоляцию.

Помимо этого остается проблема электрического контакта с основанием корпуса прибора, когда оно соединено с одним из электродов (например, с коллектором транзистора 2N3055). Как правило, в этом случае под основание подкладывают тонкую шайбу с лепестком, к которому припаивают (или присоединяют посредством специального наконечника) монтажный провод. Необходимо изучить техническую документацию, чтобы уточнить, какой электрод соединен с корпусом (у транзисторов это не всегда коллектор).

Существует и другая, менее распространенная технология изоляции для корпусов ТОЗ и Т0220. Компонент прижимают к радиатору через слюду или предварительно надев на него отрезок изоляционной трубки. Механическая сборка при этом заметно упрощается, а изоляция оказывается вполне надежной. Имеются небольшие пластмассовые распорки, предназначенные специально для такого монтажа (они мало распространены в Европе). Вместо них можно использовать небольшой брусок из изолирующего материала, который служит для монтажа двух идентичных компонентов (рис. 1.16).

Следует отметить, что соединительный провод можно припаять непосредственно к основанию корпуса Т0220. Предварительно место пайки нужно зачистить и облудить, избегая лишнего нагрева.

КОАКСИАЛЬНЫЕ СОЕДИНИТЕЛИ ДЛЯ АУДИОАППАРАТУРЫ

Малогабаритные коаксиальные разъемы для аудиоаппаратуры («джеки»), разделенные по длине на сегменты, хорошо знакомы радиолюбителям. Они широко используются, например, в портативных радиоприемниках и магнитофонах для подключения наушников или микрофона. Выпускаются соединители различных типов и размеров (диаметры штыря 2,5,3,5 и 6,35 мм, моно или стерео). Они очень удобны, но их можно применять только для маломощных нагрузок.

Недопустимо использование таких соединителей для подключения к устройству внешнего источника питания из-за риска короткого замыкания в момент, когда штырь вставляют в гнездо. В случае необходимости при подобном подключении нужно пользоваться моделью инвертированного типа, где штырь располагается на приборе, а гнездо — на конце соединительного шнура.

Следует также помнить, что один из выводов гнезда, смонтированного на шасси, соединен с корпусом прибора. Поэтому, если к корпусу уже присоединен разъем или радиатор охлаждения с другим потенциалом, может произойти короткое замыкание.

ПОДБОР ИНСТРУМЕНТОВ

Как правило, любители могут обойтись без дорогостоящих инструментов, используемых в профессиональных радиомастерских. Иногда разумнее купить две недорогие модели, которые отвечали бы различным требованиям. Так, вместо того чтобы покупать паяльник профессионального класса с регулировкой температуры, лучше приобрести один обычный небольшой паяльник хорошего качества с подставкой и второй — более мощный. Первый инструмент будет предназначаться для мелких работ (например, для пайки печатных плат), а второй — для более серьезных (демонтаж крупных компонентов или лужение). Таким образом, каждый паяльник будет использоваться строго по назначению при рациональном расходовании ресурса.

Тот же принцип относится и к другим инструментам. В частности, на рынке имеется широкий выбор небольших высококачественных кусачек. Но они быстро выходят из строя при перекусывании прочного провода сечением 4 мм². Для выполнения таких действий можно использовать более мощные недорогие кусачки, непригодные для выполнения тонких операций.

СВЕРЛЕНИЕ ОТВЕРСТИЙ

Использование сверл

Знатоки электроники не всегда являются специалистами по механической обработке, поэтому полезно привести простое правило сверления отверстий в таких материалах, как листовое железо или стеклотекстолит. Сначала следует просверлить отверстия меньшего размера. Например, чтобы просверлить отверстие диаметром 6 мм, следует начать со сверла диаметром 2 или 3 мм. Чем больше конечный диаметр, тем больше потребуется промежуточных сверлений. Это обеспечивает получение отверстий точного размера круглой формы и легкое выполнение операции без повышенного износа сверл. В любом случае отверстие необходимо предварительно наметить с помощью кернера.

Сверление отверстий большого диаметра

Для увеличения диаметра отверстий можно применять специальные фрезы или развертки конической формы. Они бывают различных размеров и могут приводиться во вращение как с помощью дрели, так и вручную.

Любители широко используют специальное приспособление — «балеринку» — для выполнения больших отверстий в панелях из пластмассы или алюминия. «Балеринка» содержит ось со втулкой и поперечную планку с закрепленным на конце резцом. Перемещая планку и фиксируя ее во втулке, можно в широких пределах изменять расстояние резца от оси, определяющее диаметр вырезаемого отверстия. Таким образом получают отверстия любого нужного размера для монтажа электрических соединительных элементов, громкоговорителей и т. д. Обычно затраты на приобретение или изготовление такого инструмента быстро окупаются.

Следует помнить, что пластмассы при механической обработке могут плавиться, поэтому нужно применять дрель или сверлильный станок с малой скоростью вращения.

ЗАЩИТА ФОТОДИОДА ОТ ПОМЕХ

Нормальное функционирование ИК приемника системы дистанционного управления требует защиты зоны приема от постороннего излучения. Солнечный свет, как и свет ламп накаливания, содержит излучение ИК диапазона. Для защиты фотодиода можно закрепить на передней панели специальный фильтр номер 87С, выпускаемый фирмой Kodak (или аналогичный). В некоторых случаях удается использовать испорченный диапозитив при условии его предварительной проверки. Помимо основной задачи фильтр выполняет функцию механической защиты приемного отверстия.

УКОРАЧИВАНИЕ КОРПУСА ПРИБОРА

При сборке портативного устройства, размещаемого в каркасе небольшой толщины, нередко возникает проблема монтажа полупроводникового прибора, имеющего значительную высоту корпуса, когда из-за нехватки места его невозможно разместить в горизонтальном положении. Это относится, например, к транзисторам в корпусе Т0220, которые встречаются чаще, чем приборы в небольшом корпусе (Т092). В то же время в малогабаритных устройствах с питанием от батарейки рассеиваемая мощность обычно невелика. В таком случае вполне допустимо аккуратно отпилить верхнюю часть корпуса с отверстием Или удалить ее с помощью кусачек.

ТЕЛЕФОННЫЕ СОЕДИНИТЕЛИ

Иногда телефонные соединители типа RJ на 4, 6 или 8 контактов нужно использовать для других целей. Такие соединительные элементы имеют ряд достоинств. Они недорого стоят, занимают мало места и надежно фиксируются. Однако для монтажа розеточной части соединителей требуется специальный инструмент — обжимные клещи. Такие клещи дорого стоят и обычно предназначаются только для одной модели розеток, поэтому их понадобится столько же, сколько имеется типов розеток. К счастью, можно выполнить монтаж простым способом с помощью тупой стороны лезвия ножа (рис. 1.17). Провода вставляются один за другим, а затем производится фиксация колпачка с помощью тисков. Возможно, предварительно потребуется провести несколько пробных операций. Для этого следует приобрести дополнительные розетки.

ГЕРКОНОВОЕ РЕЛЕ

Малогабаритные герконовые реле содержат герметизированные магнитоуправляемые контакты. Переключение инициируется магнитным полем, которое возникает при подаче питания на катушку реле.

Чувствительность геркона к магнитному полю довольно высока, поэтому каждый намагниченный элемент, расположенный вблизи от реле, может нарушить его работу.

Возможной причиной сбоя может стать громкоговоритель, содержащий сильный магнит. При этом иногда возникает непростая для анализа ситуация: сбой проявляется только тогда, когда крышка корпуса поставлена на место, а закрепленный на ней громкоговоритель приближен на опасное расстояние к печатной плате.

ВЫБОР СЕЧЕНИЯ ПРОВОДОВ

Для устройств, работающих со значительными токами (например, для инверторов или регуляторов скорости вращения двигателей), очень важно выбрать сечение сильноточных проводов. При решении этой задачи можно воспользоваться параметрами, представленными в табл. 1.1, где приведено рекомендуемое сечение провода (в мм²) в зависимости от его длины и максимального тока.

ВОЗДУШНЫЙ ДРОССЕЛЬ

Дроссели (катушки индуктивности) не пользуются большой популярностью среди любителей. Их применяют довольно редко, и если они используются в публикуемых схемах, то в списках компонентов приводятся хорошо известные и доступные типы. При разработке импульсных источников питания иногда нужно изготовить нестандартный дроссель. Такая же потребность может возникнуть при изготовлении фильтра низких частот для подавления высокочастотных гармоник, например в схемах с широтно-импульсной модуляцией (см. главу 2, разделы «Импульсная стабилизация напряжения» и «Широтно-импульсная модуляция»).

На приведенных ниже чертежах (рис. 1.18) представлены воздушные (то есть не имеющие ферромагнитного стержня) дроссели, которые несложно изготовить самостоятельно.

Для расчета индуктивности однослойных и многослойных катушек в зависимости от их размеров и числа витков используются несложные формулы, которые легко найти в учебниках или справочниках. Экспериментальную проверку индуктивности дросселя можно выполнить с помощью небольшой схемы измерения резонансной частоты колебательного контура, состоящего из конденсатора и изготовленного дросселя. Для этого потребуются генератор соответствующего диапазона частот и осциллограф.

Наконец, при выборе сечения провода для обмотки следует учитывать значение тока, который будет проходить через катушку, и использовать данные, приведенные в табл. 1.1.

МОНТАЖ СОЕДИНИТЕЛЯ ЛЕНТОЧНОГО КАБЕЛЯ

Осуществление большого числа соединений между двумя картами персонального компьютера или между картой и периферийными устройствами (например, дисководами) существенно упрощается благодаря применению плоских ленточных кабелей со стандартным расстоянием между жилами, равным 1,27 мм.

Соединительные элементы, расположенные на концах или в средней части кабеля, обычно монтируются с помощью специального дорогостоящего инструмента. Нетрудно выполнить эту операцию, используя тиски с широкими губками. Следует соблюдать осторожность при размещении кабеля в соединителе, поскольку можно вставить контакты между проводниками и вызвать их замыкание. Губки тисков должны быть покрыты мягкими прокладками, чтобы не повредить соединители. Сжатие губок производится до легкого щелчка, свидетельствующего о том, что обе части соединителя зафиксировались в нужном положении. Следует помнить, что в случае неудачи повторить эту операцию невозможно, то есть у вас нет права на ошибку.

ПЕРЕМЫЧКИ НА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЕ

Как любители, так и многие профессионалы редко используют двусторонние печатные платы. Радиоаппаратура массового производства (видеомагнитофоны, проигрыватели лазерных дисков или магнитных кассет и т. д.) обычно оснащена односторонними печатными платами, изготовленными из гетинакса, что существенно сокращает затраты на производство. Этот устаревший тип печатной платы часто совмещается со сложными современными компонентами, имеющими четыре ряда выводов с шагом 1,27 мм. В подобных схемах обычно используется большое число перемычек.

Если в плате должны быть перемычки, при ее проектировании следует соблюдать несколько простых правил. Во-первых, перемычки всегда следует располагать параллельно одной из сторон платы, даже если это приведет к удлинению проводящих дорожек. Во-вторых, если две соединяемые точки слишком удалены друг от друга, лучше использовать несколько коротких перемычек, чем одну длинную (рис. 1.19а).

В результате удастся получить плату более эстетичного вида; кроме того, изготовить очень длинную прямую перемычку довольно сложно. Наконец, стоит попытаться сгруппировать вместе несколько перемычек, придавая им одинаковые длины, даже если для этого придется изменить трассы дорожек (рис. 1.19б).

Об изготовлении перемычек говорилось в разделе «Выпрямление одножильного провода». Следует сохранять отрезки проволоки, образующиеся при укорачивании выводов компонентов, — они могут пригодиться для изготовления перемычек.

БЛОК ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Для кодирования адреса или программирования двоичного слова на логической карте часто используют набор миниатюрных выключателей, собранных в корпусе типа DIP. Такой корпус легко устанавливать, а маркировка выключателей позволяет без труда определять, включены они или выключены.

Основной недостаток блока — его высокая цена. Можно без труда заменить эти выключатели розеточной частью разъема с двумя рядами гнезд, вставив в нужные места съемные перемычки, которые замыкают два контакта, расположенные друг против друга (рис. 1.20). Подобный элемент занимает даже меньше места, чем блок выключателей, а маркировка состояний отчетливо видна (по наличию перемычек). Цена переключателя очень невысока, особенно если используются перемычки карт, вышедших из строя.

ОТВЕРТКА ДЛЯ НАСТРОЙКИ

Переменные резисторы и конденсаторы имеют цилиндрическую ось со шлицом для выполнения регулировки с помощью обычной отвертки. В процессе регулировки довольно сложно удерживать кромку отвертки в нужном положении, одновременно наблюдая за изменением сигнала на экране осциллографа; крестообразная отвертка была бы в данном случае значительно удобнее.

Существует специальная «настроечная» отвертка, имеющая на конце пластмассовый колпачок, который одевается на регулировочную ось и не позволяет отвертке выскальзывать из шлица. Подобный инструмент несложно изготовить, если плотно надеть отрезок хлорвиниловой трубки подходящего диаметра на обычную отвертку (рис. 1.21).

Необходимо следить за тем, чтобы отвертка, используемая для регулировки переменного конденсатора, не была намагничена (это не столь важно при настройке переменного резистора). В противном случае можно сбить регулировку и даже нарушить работу схемы. Поэтому следует выбирать отвертку, которая не находилась в контакте с намагниченными инструментами или в зоне действия высокого магнитного поля.

УСТАНОВКА ТРАНСФОРМАТОРОВ

Монтаж тороидальных трансформаторов

Тороидальные трансформаторы обычно используются в устройствах высокой мощности, поскольку занимают значительно меньше места, чем классические модели. Во время их монтажа необходимо точно следовать указаниям производителя и применять для крепления только рекомендуемые кольца (из металла или неопрена).

Если два тороидальных трансформатора располагаются в одном корпусе, нельзя использовать для них общий крепежный болт, проходящий по центру. В соответствии с законами магнетизма трансформаторы обязательно будут взаимодействовать, что приведет к нарушению работы устройства.

Крепление трансформаторов

Когда трансформатор (даже небольшого размера) монтируется на печатной плате, следует в дополнение к припаиванию выводов предусмотреть его механическое крепление. Если мощность трансформатора превышает 10 В А, его весом уже нельзя пренебречь. При падении устройства плохо закрепленный трансформатор может повредить соседние компоненты. Классические модели трансформаторов с наборным сердечником начиная с определенных размеров снабжены специальными монтажными скобами. Необходимо крепко стянуть набор с помощью болтов и надежно закрепить трансформатор на плате.

При проектировании размещения элементов нужно оставить достаточно места для выводов и крепежных отверстий. Залитые трансформаторы часто имеют крепежные лапки или сквозные отверстия для крепления. Иногда они снабжены пластмассовыми вставками с отверстиями, которые предназначены для крепления с помощью винтов.

Особенности залитых трансформаторов

Залитые трансформаторы соответствуют более высоким стандартам по изоляции, чем обычные модели. Но у них есть свои недостатки: худшие условия теплоотвода и высокая цена. Некоторые из них снабжены встроенной термозащитой. Следует помнить о том, что такая защита необратима, то есть, если она срабатывает, трансформатор просто выходит из строя.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАКЕТНОЙ ПЛАТЫ

Для изготовления прототипа, макета или единичного экземпляра электронного устройства можно обойтись без выполнения рисунка печатной платы. Когда речь идет о небольшом числе компонентов или о временной схеме, удобно использовать плату с отверстиями (без металлизации), в которые просто вставляют компоненты, соединяя их перемычками.

Для более сложных вариантов подойдет макетная плата с квадратными контактными площадками, размещенными в узлах сетки со стандартным шагом (рис. 1.22).

Каждый компонент припаивается, а контактные площадки соединяются между собой в нужных местах капельками припоя. Использование паяльника с тонким жалом существенно упрощает монтажные операции. В окончательном виде устройство будет эквивалентно схеме, собранной на односторонней печатной плате. Некоторую трудность вызывает, например, соединение двух несмежных выводов одной интегральной схемы. На такую плату можно смонтировать все компоненты со стандартным шагом выводов, включая микроконтроллеры. При формировании перемычек и дорожек следует ориентироваться на величину токов, которые будут по ним проходить.