20 | 09 | 2018
Главное меню
Смотри
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 3765
Просмотры материалов : 8875148

Коллеги
Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Советую
Online
  • [Bot]
  • [Yandex]
Сейчас на сайте:
  • 37 гостей
  • 2 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
Самоучитель по радиоэлектронике PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
03.01.2017 07:25

Самовчитель по радіоелектроніці


Ніколаєнко Михайло Миколайович
«Самовчитель по радіоелектроніці»

Вступ

Це видання містить найбільш повну добірку матеріалів з різних аспектів радіоаматорського діяльності і призначене для широкого кола читачів - як радіоаматорів, так і фахівців, що займаються проектуванням і виготовленням радіоелектронної апаратури та приладів.

Основне призначення книги - дати читачеві рекомендації по самостійному виготовленню радіоелектронних приладів, починаючи з вибору електронних компонентів і закінчуючи складанням готового пристрою. Пропонована книга покликана усунути деякі «білі плями» в літературі по електроніці і озброїти радіоаматора найнеобхіднішими відомостями.

Перша глава присвячена питанням правильного вибору різних радіоелектронних компонентів.

У другому розділі наведені рекомендації щодо застосування як типових, так і оригінальних електронних схем, описано їх використання в готових пристроях.

У третьому розділі представлені рекомендації по правильному виробництва пайки, описані особливості пайки різних металів і сплавів, виконання контактного з'єднання за допомогою струмопровідного клею. Дано поради по виготовленню друкованих плат, методи розробки малюнка і нанесення його на плату, раціонального розміщення на ній електронних компонентів.

Четверта глава присвячена радам по грамотному використанню контрольно-вимірювальних приладів в радіоаматорського практиці і проведення тестування компонентів і схем, описаний порядок проведення деяких електричних вимірювань.

У п'ятому розділі містяться корисні поради і відомості по ремонту виготовлених приладів.

У додатку наведені довідкові відомості за деякими широко використовуваним роз'ємів, акумуляторів і список найбільш часто зустрічаються англомовних скорочень.

Глава 1
застосування компонентів

1.1. Використання резисторів

1.1.1. Вибір постійного резистора

При виборі резистора потрібно враховувати як його параметри, так і умови середовища, де він буде працювати - температуру, вологість, вібрацію і т. Д. Параметри резистора повинні відповідати умовам його застосування по навантаженню і зовнішньому середовищі. Слід також знати, що у резистора існує максимальна частота роботи, при якій його опір починає змінюватися, і максимальна допустима напруга. Фактична потужність, що розсіюється на резисторі, і його робоча температура повинні бути нижче граничних значенні за технічними умовами.

Резистор вибирають з урахуванням особливостей ланцюгів, де він працює, з огляду на величину відхилення опору від номінального. Якщо велике відхилення опору мало впливає на роботу пристрою, то можна застосовувати резистори з допуском 20%. Це можуть бути резистори в ланцюгах керуючих сіток ламп, в ланцюзі колекторів транзисторів. Якщо від величини опору залежить режим роботи ланцюга, то слід застосовувати резистори з допуском 5 або 10%. До них відносяться резистори в ланцюгах емітера і бази транзистора. У ланцюгах, де потрібно сталість опору, застосовуються резистори з допуском не більше 2%.

Робота резистора в схемі проявляється його нагріванням. Щодо сильне нагрівання (до 300 ° C) для резистора не є небезпечним, але виділяється тепло може негативно вплинути на сусідні деталі. У таких випадках для зменшення нагрівання його потрібно замінити на більш потужний.


1.1.2. нелінійний резистор

Напівпровідниковий нелінійний резистор, на відміну від лінійного, має здатність змінювати свій опір під дією керуючих факторів: температури, напруги, магнітного поля та ін.

Термістори з негативним температурним коефіцієнтом опору (ТКС) бувають двох видів: стрижневі (типу КМТ-1, СТЗ-1, ММТ-4) й дискові (типу СТ1-2, КМТ-12, ММТ-12). Подібні чутливі елементи використовуються для створення різних приладів - від електронних термометрів до детекторів - в тих чи інших промислових системах управління, в яких повинен здійснюватися поточний контроль (моніторинг) та / або управління температурою.

Термістори з позитивним ТКС збільшують свій опір при зростанні температури. При цьому їх опір змінюється більш різко і круто, ніж у терморезисторов з негативним ТКС. Хорошим прикладом терморезистора з позитивним температурним коефіцієнтом є нитка лампи розжарювання. Коли лампа вимкнена, нитка розжарення має дуже низький опір. Однак коли через лампу протікає струм, нитка сильно розжарюється і швидко нагрівається до температури сказу. Це значно збільшує опір нитки. Наприклад, стандартна лампа розжарювання 100 Вт має в холодному стані опір приблизно 10 Ом. Коли ж на лампу подається напруга 120 В, нитка нагрівається зі збільшенням опору до 144 Ом, тобто відбувається зростання опору більш ніж в 14 разів. Така характеристика лампи розжарювання може використовуватися для цілей регулювання в деяких типах електричних і електронних схем.


1.1.3. Температурний дрейф підлаштований резистора

У всіх резисторів, особливо у підлаштування, номінали можуть змінюватися в залежності від температури. Необхідно враховувати це явище як при розробці, так і при виготовленні схеми. По обидва боки від підлаштування резистора слід помістити постійні резистори (рис. 1.1), а також розташувати підлаштування резистор якнайдалі від усіх джерел тепла.



Мал. 1.1. Усунення температурного дрейфу підлаштований резистора


Бажано видалити на максимальну відстань охолоджуючі радіатори, стабілізатори, потужні резистори і трансформатори. Додаткові резистори дозволяють звести діапазон регулювання опору до мінімуму.

До речі, до цього заходу рекомендується вдаватися завжди, навіть коли немає небезпеки перегріву. Як правило, після тестування схеми необхідно уточнити розраховані параметри.


1.1.4. багатооборотний потенціометр

Багатооборотні потенціометри (повне переміщення движка відбувається за десять обертів гвинта) дуже корисні, коли потрібно відрегулювати будь-яку величину, наприклад вихідна напруга джерела живлення, з високою точністю. На жаль, ціна пристроїв часто занадто висока для любителів. У продажу є механічні перемикачі, об'єднані зі змінними резисторами, що дозволяють трансформувати однооборотний модель потенціометра в многооборотную. Такі компоненти також дорого коштують і займають багато місця. Є простий і ефективний спосіб, що дозволяє досягти точної і плавного регулювання: послідовне включення двох однооборотний змінних резисторів (рис. 1.2).



Мал. 1.2. Використання двох резисторів для грубої і точного регулювання


Один з них має необхідний опір (або трохи нижче), а другий, значно менший за номіналом, дозволяє точно регулювати сумарний опір. Спочатку за допомогою першого резистора отримують приблизну ((грубу) настройку, а остаточний результат забезпечує тонка настройка другим резистором. Такий підхід непридатний для потенциометрической схеми регулювання (з середньою точкою).


1.1.5. резисторная матриця

Резисторная матриця містить кілька однакових резисторів. Любителі використовують цей компонент порівняно рідко. Однак у таких матриць є деякі переваги в порівнянні з еквівалентним набором дискретних резисторів. Зокрема, вони дозволяють прискорити складання схем. Резисторні матриці зручно використовувати в цифрових пристроях для створення подільників, що забезпечують набір каліброваних напруг, або для обмеження струму декількох світлодіодів, розташованих близько одна від одної.

В аналогових схемах матриці можуть застосовуватися в поєднанні з операційним підсилювачем, зокрема в якості резисторів в ланцюзі негативного зворотного зв'язку. В цьому випадку гарантується висока стабільність коефіцієнта посилення і точність його завдання, так як розкид параметрів у резисторів матриці, як правило, незначний.

Існуючі матриці містять чотири, сім або вісім резисторів, підключених до висновків незалежно або за схемою із загальною точкою (рис. 1.3).

При наявності загального висновку він позначається маркувальної точкою на корпусі. Якщо є сумніви з приводу типу матриці або параметрів резисторів, неважко перевірити мікросхему за допомогою омметра.



Мал. 1.3. Резисторная матриця із загальною точкою (а) і з незалежними висновками (б)


1.1.6. прецизійний резистор

Іноді виникає необхідність у використанні прецизійних резисторів з допуском 1% або навіть менше. Ці компоненти досить дороги, не завжди можна знайти потрібний номінал, крім того, вони зазвичай продаються тільки в наборах.

Найбільш часто такі резистори застосовуються для побудови прецизійного подільника (наприклад, під час калібрування вимірювального приладу) або якщо потрібно набір ідентичних резисторів, для яких абсолютна величина опору не надто важлива. В останньому випадку за допомогою цифрового мультиметра можна провести сортування звичайних резисторів одного номіналу і відібрати ті з них, що мають однакові опору (наприклад, 99,8 кОм при номінальному значенні 100 кОм). Однак при цьому стабільність параметрів в часі, особливо в разі коливань температури не гарантується. Гарантію стабільності дає тільки використання прецизійних резисторів.


1.1.7. Потужність, що розсіюється резистора

Потужність, що розсіюється резистором, є важливим показником, про який при розробці схеми іноді забувають. В цьому випадку його запуск схеми може викликати неприємні наслідки. Наприклад, неважко розрахувати, що резистор 2,2 кОм, призначений для обмеження до 20 мА струму, споживаного світлодіодом, при напрузі джерела живлення 48 В розсіює потужність близько 1 Вт. Якщо в схемі використаний резистор з номінальною потужністю 0,5 Вт, через короткий час він вийде з ладу. Тому при проектуванні треба передбачити місце на друкованій платі для більш потужного резистора.

При створенні схем з потужними резисторами слід бути особливо уважним. Необхідно враховувати, що допустимі значення потужності, зазначені виробниками, зазвичай гарантуються для робочої температури 25 ° C. Але при роботі потужного пристрою ця температура може бути істотно вище. Буває, що резистор з номінальною робочою потужністю 10 Вт при 25 ° C перегрівається при розсіюванні всього лише 2,5 Вт, якщо температура навколишнього середовища становить 70 ° C. У подібних випадках слід вибирати резистори в спеціальному корпусі, оснащеному пластинами для охолодження, розміщувати їх на радіаторі і забезпечувати адекватну вентиляцію. Відзначимо, що вибір свідомо більш потужного резистора не завжди дозволяє уникнути перегріву, так як розсіюється потужність при цьому залишається незмінною.


1.1.8. Робоча напруга резистора

Резистор, як і конденсатор, має максимально допустима робоча напруга. Необхідність враховувати цей параметр яскраво проявляється при роботі зі схемами, безпосередньо підключеними до електричної мережі. Прикладами можуть служити RC-ланцюга, службовці для придушення перешкод, або безтрансформаторні джерела живлення.

Класичний резистор з номінальною потужністю 0,5 Вт зазвичай має допустима робоча напруга близько 200 В. У згаданих вище пристроях при номінальному ефективному напрузі мережі 220 В можливі режими, при яких пікове значення напруги на резисторах може досягати 650 В. Навіть якщо вимогу по розсіюється задовольняє один резистор, в даному випадку необхідно використовувати щонайменше три послідовно з'єднаних компонента, щоб напруга на кожному з них завжди залишалося в допустимих межах. З цього можна зробити висновок, що, якщо в схемі, підключеної до мережі, є кілька послідовних резисторів, їх не можна замінювати одним резистором відповідного номіналу (рис. 1.4). В іншому випадку виникає небезпека його руйнування.



1.1.9. Змінний цифровий резистор

Часто регулювальні пристрої повинні імітувати змінюється опір, для чого можна використовувати цифровий (набірний) резистор, опір якого варіюється в широких межах з малим кроком відповідно до заданого цифровим сигналом. Є програмовані інтегральні цифрові потенціометри, які допомагають у вирішенні даного завдання. Однак такі мікросхеми порівняно дороги й не завжди володіють потрібними параметрами, тому їх часто замінюють дискретними компонентами.

Схема, наведена на рис. 1.5, дозволяє імітувати змінний резистор, характеристики якого можна вибирати виходячи з конкретних вимог. Перемикання виконуються за допомогою контактів реле, що забезпечує повну ізоляцію керуючої (цифровий) частини пристрою від виконавчої (аналогової).



Мал. 1.5. Змінний керований резистор


Принцип роботи схеми дуже простий. У ній використовується набір послідовно включених резисторів, опору яких при переході від одного до іншого змінюються шляхом множення на 2, що відповідає зміні ваги розрядів двійкового сигналу. Паралельно висновків кожного резистора підключений нормально замкнутий контакт реле, на обмотку якого подається цифровий сигнал відповідного розряду. У стані спокою загальний опір дорівнює нулю. Поява керуючого сигналу, що відповідає одиниці молодшого розряду, розмикає контакт, шунтирующий перший резистор. У розглянутому прикладі на виході з'являється опір 500 Ом. Включення другого реле, відповідного наступного розряду двійкового сигналу (при відключенні першого), дає на виході опір 1000 Ом. Подальше збільшення довічного слова на одиницю (перехід від 2 до 3 в десятковому коді) забезпечує збільшення вихідного опору до 1500 Ом і т. Д. Максимальне значення опору становить 7,5 кОм (всі контакти розімкнуті), воно реалізується при подачі довічного слова 0FH. Таким чином, виходить змінний резистор 7,5 кОм з 16 дискретними значеннями опору з кроком 500 Ом.

Число розрядів і найменший опір в наборі можуть задаватися з урахуванням конкретних вимог. Управління реле здійснюється за допомогою дискретних транзисторів або мікросхем. Подібний варіант схеми можна використовувати в поєднанні з двійковим лічильником, які реалізують рахунок вперед або назад, або з мікро контролером. Очевидно, що при управлінні за допомогою механічного реле вихідний опір буде змінюватися порівняно повільно.

1.2. застосування конденсаторів

1.2.1. вибір конденсатора

У ланцюгах з високою стабільністю параметрів, наприклад в коливальних контурах, застосовують керамічні та повітряні конденсатори з високим класом точності. У ланцюгах, до яких не пред'являються високі вимоги по стабільності, наприклад в ланцюгах згладжуючих фільтрів випрямлячів, фільтрів розв'язки і блокування, можна використовувати електролітичні паперові конденсатори. У цих ланцюгах застосовуються також сегнетоелектрічеськие конденсатори.

У ланцюгах високої частоти встановлюють конденсатори з високою граничною частотою, наприклад керамічні та вакуумні. Паперові конденсатори Не призначається під ланцюгах з частотою, що перевищує одиниці мегагерц.

У ланцюгах при напрузі менше 10 В категорично не рекомендується застосовувати конденсатори з вкладними висновками, так як в них може порушитися контакт з фольгою.

Герметизовані конденсатори в металевому корпусі мають велику ємність на корпус. Якщо при монтажі жоден висновок конденсатора не з'єднувалися з корпусом пристрою, то його необхідно ізолювати від шасі на опорах товщиною 0,5-1 см.


1.2.2. електролітичний конденсатор

Конденсатори можуть застосовуватися в ланцюгах як постійного, так і змінного струму. Для ланцюгів постійного струму використовують в основному електролітичні конденсатори. При монтажі конденсатора його плюсової висновок приєднують до позитивного полюсу ланцюга з урахуванням відповідності напруг ділянок ланцюга, а мінусовій висновок (зазвичай корпус конденсатора) приєднується до металевого корпусу пристрою. Слід врахувати, що можуть бути і неполярні електролітичні конденсатори.

Якщо полярний конденсатор включити в мережу змінної напруги, то через нього піде змінний струм, нагріваючи конденсатор, і він може вийти з ладу. В крайньому випадку за відсутності потрібного конденсатора на змінну напругу замість нього можна застосувати полярний конденсатор за умови, що його напруга багато більше напруги мережі. Наприклад, полярний конденсатор з напругою 250 В може працювати в мережі змінної напруги 50 В при частоті 50 Гц.


1.2.3. якість діелектрика

Якість діелектрика характеризує опір ізоляції або струм витоку. У деяких ланцюгах існують високі вимоги до опору ізоляції, наприклад до конденсаторів зв'язку між сусідніми каскадами. Найбільш високе опір ізоляції мають фторопластові, стиролові і поліпропіленові конденсатори, трохи нижче воно у слюдяних, керамічних і полікарбонатних.

Для електролітичних конденсаторів задається струм витоку, значення якого пропорційно ємності і напруги. Найменший струм витоку мають танталові конденсатори (від одиниць до десятків мікроампер), а у алюмінієвих конденсаторів він на один-два порядки більше.


1.2.4. неполярний конденсатор

Досить важко знайти неполярні конденсатори (з ізоляцією зі слюди, паперу або плівки) великої місткості з низьким робочим напругою (менше 25 В). Однак іноді потрібні саме такі компоненти, зокрема при побудові імпульсних генераторів на логічних вентилях з дуже великим періодом (наприклад, при розробці таймера для годин). Отримання великий постійної часу RC-ланцюга за рахунок збільшення опору має певну межу для кожного типу схем.

Для формування конденсатора великої ємності можна з'єднати два полярних (електролітичних) конденсатора, щоб отримати один неполярний (рис. 1.6). При цьому треба вибрати два компонента однакового номіналу і включити їх послідовно, з'єднавши між собою негативні електроди. Результуюча ємність буде дорівнює половині ємності кожного конденсатора.



Мал. 1.6. Отримання одного неполярного конденсатора з двох полярних


1.2.5. іоністор

В останні роки з'явився новий клас приладів, функціонально близьких до конденсаторів дуже великої місткості, по суті, що займають положення між конденсаторами і джерелами живлення. Це іоністори, конденсатори з подвійним електричним шаром.

Номінальна напруга іоністори залежить від виду використовуваного в ньому електроліту і є для нього максимально допустимим. Для отримання більш високого робочої напруги іоністори з'єднують послідовно. Але робити це самостійно не рекомендується - параметри іоністорів в такій зв'язці повинні бути дуже близькими.

В принципі, іоністор - неполярний прилад. Висновок + (плюс) вказують для позначення полярності залишкового напруги після його зарядки на заводі-виробнику.

Довговічність іоністори залежить від умов експлуатації. Так, при роботі під напругою U ном при температурі навколишнього середовища +70 »З гарантована довговічність складе 500 ч. При роботі під напругою 0,8 U ном вона збільшується до 5000 год. Якщо ж напруга на іоністорів не перевищує 0,6 U ном, а температура навколишнього середовища менше +40 ° C, то іоністор буде справно працювати 40000 год і більше.

Найважливіший параметр іоністори - струм витоку. Це особливо важливо при використанні його в якості резервного джерела живлення. Дуже перспективний іоністор як накопичувач енергії при роботі разом з сонячними батареями. Тут особливо цінна його некритичність до режиму заряду, практично необмежене число циклів заряд-розряд. Іоністор не вимагає догляду протягом усього терміну служби.

1.3. намотувальні компоненти

1.3.1. повітряний дросель

Дроселі (котушки індуктивності) не користуються великою популярністю серед любителів. Їх застосовують досить рідко, і якщо вони використовуються в публікованих схемах, то в списках компонентів приводяться добре відомі і доступні типи. При розробці імпульсних джерел живлення іноді потрібно виготовити нестандартний дросель. Така ж потреба може виникнути при виготовленні фільтра низьких частот для придушення високочастотних гармонік, наприклад в схемах з широтно-імпульсною модуляцією.

На при ... гаже кресленнях (рис. 1.7) представлені повітряні (тобто не мають феромагнітного стрижня) дроселі, які досить просто виготовити самостійно.



Мал. 1.7. Виготовлення дроселя з одношарової (а) і багатошарової (б) намоткой


Для розрахунку індуктивності одношарових і багатошарових котушок залежно від їх розмірів і числа витків використовуються нескладні формули, які легко знайти в підручниках або довідниках. Експериментальну перевірку індуктивності дроселя можна виконати за допомогою невеликої схеми вимірювання резонансної частоти коливального контуру, що складається з конденсатора і виготовленого дроселя. Для цього будуть потрібні генератор відповідного діапазону частот і осцилограф.

Нарешті, при виборі перетину дроту для обмотки слід враховувати значення струму, який буде проходити через котушку.


1.3.2. З'єднання обмоток трансформатора

Силові трансформатори радіоелектронних пристроїв мають, як правило, дві однакові вторинні обмотки. Залежно від передбачуваного застосування їх можна з'єднувати або послідовно - для подвоєння напруги або паралельно - для подвоєння струму. Невеликі трансформатори, що закріплюються безпосередньо на друкованій платі, зазвичай мають стандартне розташування висновків. З'єднання обмоток виконується за схемою, наведеною на рис. 1.8.



Мал. 1.8. Послідовне (а) і паралельне (б) з'єднання вторинних обмоток трансформатора


Для деяких моделей (наприклад, з тороідальним сердечником) при відсутності документації необхідно за допомогою осцилографа досліджувати напруги на обмотках щоб уникнути з'єднання їх в протифазі. Інакше виникає ризик перегріву і виходу з ладу трансформатора і знаходяться поруч деталей (не кажучи вже про відсутність напруги на виході).


1.3.3. Монтаж тороїдальних трансформаторів

Тороїдальні трансформатори зазвичай використовуються в пристроях високої потужності, оскільки займають значно менше місця, ніж класичні моделі з Ш-образним сердечником. Під час їх монтажу необхідно точно слідувати вказівкам виробника і застосовувати для кріплення тільки рекомендовані кільця (з металу або неопрена). Якщо два тороїдальних трансформатора розташовуються в одному корпусі, не можна використовувати для них загальний кріпильний болт, що проходить по центру. Відповідно до законів магнетизму трансформатори обов'язково будуть взаємодіяти, що призведе до порушення роботи пристрою в цілому.


1.3.4. кріплення трансформатора

Коли трансформатор (навіть невеликого розміру) монтується на друкованій платі, слід на додаток до Припаювання висновків передбачити його механічне кріплення. Якщо потужність трансформатора перевищує 10 ВА, його вагою вже не можна знехтувати. Класичні моделі трансформаторів зі складальним сердечником починаючи з певних розмірів забезпечені спеціальними монтажними скобами. Необхідно міцно стягнути набір за допомогою болтів і надійно закріпити трансформатор на платі.

При проектуванні розміщення елементів потрібно залишити достатньо місця для висновків і кріпильних отворів.

Залиті трансформатори часто мають кріпильні лапки або наскрізні отвори для кріплення. Іноді вони забезпечені пластмасовими вставками з отворами, які призначені для кріплення за допомогою гвинтів.


1.3.5. Особливості залитих трансформаторів

Залиті трансформатори відповідають більш високим стандартам по ізоляції, ніж звичайні моделі. Але у них є свої недоліки: гірші умови тепловідведення і висока ціна. Деякі з них забезпечені вбудованою термозахистом. Слід пам'ятати про те, що такий захист необоротна, тобто якщо вона спрацьовує, трансформатор просто виходить з ладу.


1.3.6. Маркування вітчизняних трансформаторів

При виборі необхідного трансформатора радіоаматори іноді стикаються з проблемою маркування магнитопроводов. Деякі особливості позначень типорозмірів наведені нижче.

Магнитопровод трансформатора з тонких штампованих металевих пластин позначають як Ш20х15. Це означає, що ширина середньої частини Ш-подібної пластини повинна бути 20 мм, а товщина стопки складених разом пластин повинна складати 15 мм. Малогабаритні трансформатори мають позначення ША8х10 або ШВЗх4.

Типорозмір стрічкового броньового магнітопровода позначається так само, як і пластинчастого, наприклад ШЛ12х16, ШЛМ16х25, ШЛО8х10. Позначення тороїдального магнітопроводу дещо інше, наприклад ОЛ20 / 32-16, де 20 - внутрішній діаметр, 32 - зовнішній діаметр, 16 - ширина стрічки (розміри в міліметрах).

Позначення типорозміру Ш-образного ферритового сердечника збігається з маркуванням муздрамтеатру з штампованих металевих пластин і має вигляд Ш8х8. Кільцевій феритовий сердечник має маркування К10,0x6,0x4,5, де 10,0 - зовнішній діаметр, 6,0 - внутрішній діаметр, 4,5 - ширина кільця (розміри в міліметрах).

1.4. напівпровідникові прилади

1.4.1. Охолодження потужних приладів

Для збільшення пропускається струму безпечного перегріву застосовується охолодження приладів. Охолодження передбачається для силових діодів і тиристорів в енергетиці і для потужних діодів, транзисторів і тиристорів в електроніці. Повітряне охолодження здійснюється шляхом приєднання до приладу радіатора. Радіатори можуть бути мідними або алюмінієвими.

Велике значення має проблема контакту приладу з радіатором. При цьому повинно бути щільне затягування різьблення, але без її пошкодження. У разі застосування алюмінію для радіаторів проблема контакту полягає в тому, що є велика електрохімічна різниця потенціалів мідь-алюміній - близько 1,8 В. Попадання вологи викликає корозію алюмінію, тому застосовується гальванічне покриття підстави приладу. Ясно, що без охолодження, якщо воно передбачено конструкцією, напівпровідниковий прилад не зможе забезпечити необхідний режим роботи і вийде з ладу.


1.4.2. Температурний дрейф параметрів діода

Діоди, як і всі напівпровідникові прилади, схильні до температурного дрейфу характеристик, який може бути досить значним (саме ця особливість дозволяє використовувати діод в якості датчика температури). Про це необхідно пам'ятати як при проектуванні пристрою, так і при розміщенні його компонентів в корпусі. Зокрема, найбільш чутливі елементи слід розташовувати якомога далі від джерел тепла: радіаторів, трансформаторів і т. Д. Доданий детектор піків, наведений на рис. 1.9, є прикладом схеми, дуже чутливої ​​до температури.



Мал. 1.9. Доданий детектор піків


1.4.3. Підключення світлодіода до мережі 220 В

Світлодіоди давно почали використовувати в якості світлових індикаторів замість мініатюрних лампочок розжарювання.

Як відомо, вони мають ряд переваг: низьким споживанням струму, практично необмеженим терміном служби, малими розмірами. Для живлення світлодіодів потрібно джерело невеликого постійної напруги. Крім цього, необхідно обмежувати споживання ними струм до декількох міліампер. В іншому випадку вони можуть вийти з ладу.

Світлодіоди часто використовуються для індикації включення пристрою або наявності напруги в певній точці схеми. Забезпечити їм харчування неважко, якщо пристрій, в якому вони застосовуються, має джерело постійної напруги. Насправді все складнішим, коли джерелом живлення є мережа змінного струму. У цьому випадку можна скористатися простою схемою (рис. 1.10), що представляє собою спрощений варіант джерела живлення, в якому для зниження напруги використовується конденсатор.



Мал. 1.10. Схема включення світлодіода в ланцюг змінного напруги


Стабілітрон забезпечує на своїх затискачах напругу 5,6 В, а резистор обмежує струм до величини, прийнятною для світлодіода. Відсутність фільтрації призводить до появи коливань випромінювання, як правило, не сприймаються оком. При необхідності можна використовувати стабілітрони з іншим робочим напругою, якщо опір баластного резистора буде змінено відповідним чином.

Щоб розрахувати значення цієї напруги, потрібно з номінальної напруги стабілітрона відняти 2 В і розділити результат на необхідний струм. При роботі з такою схемою необхідно дотримуватися тих самих правил безпеки, що і для будь-якого пристрою, безпосередньо з'єднаного з мережею (не торкатися до схемою, коли вона включена, використовувати пластмасовий корпус і т. Д.).


1.4.4. Підбір яскравості світіння світлодіода

Перш ніж фіксувати величину резистора, що обмежує струм в ланцюзі харчування світлодіода, бажано випробувати світлодіод, який буде використовуватися, при різних токах (не допускаючи перевищення граничного значення струму). Іноді яскравість світіння, що забезпечується при порівняно невеликому струмі, може виявитися достатньою для передбачуваного застосування. Вибір зниженого струму дозволяє оптимізувати загальне споживання енергії схемою, що особливо важливо, коли джерелом харчування є батарейка або акумулятор.


1.4.5. Застосування світлодіода в джерелі струму

Світлодіод має вельми стабільні електричні характеристики і використовується не тільки як світлового індикатора.

Наприклад, він може застосовуватися в прецизионном підсилювачі для стабілізації струму зміщення каскадів. У цьому випадку використовується стабільність прямого напруги на світлодіоді.

Залежно від типу діода і струму зміщення величина цієї напруги знаходиться в діапазоні від 1,4 до 2 В з високим ступенем повторюваності в межах одного сімейства. При цьому температурний дрейф напруги порівняємо з аналогічною характеристикою для малопотужного транзистора npn типу.

У поєднанні зі спеціально підібраним резистором світлодіод може успішно замінити стабілітрон, який використовується зазвичай на вході транзистора для формування генератора струму.


1.4.6. Позначення виводів транзисторів

Для позначення висновків біполярних транзисторів, що відносяться до бази, емітера і колектора, застосовують літери кирилиці або латинських Б - Base), Е - Emitter) і К - Collector) відповідно. На значку схемного позначення транзистора стрілка вказує умовний напрямок струму в емітер від плюса до мінуса (рис. 1.11а).

Для позначення висновків польових транзисторів, що відносяться до затвору, стоку і витоку, застосовують літери кирилиці або латиниці 3 (G - Gate), С (D - Drain) і І (S - Source) відповідно (рис. 1.11б).



Мал. 1.11. Позначення висновків біполярних (а) і польових (б) транзисторів на електричній схемі


1.4.7. Захист керуючого транзистора

Для управління реле зазвичай використовуються дискретні транзистори або мікросхеми, що містять матрицю транзисторів. Паралельно обмотці реле завжди включається захисний діод (рис. 1.12). При протіканні струму управління через обмотку в ній накопичується енергія, яка виключає можливість припинення струму при виключенні транзистора. Якщо не вжити заходів обережності, це явище може викликати імпульс напруги, небезпечний для керуючого транзистора. Діод забезпечує шлях протікання індуктивного струму при виключенні реле, що охороняє транзистор від перевантаження.



Мал. 1.12. Схема захисту керуючого транзистора


1.4.8. транзистор Дарлінгтона

Інтегральний транзистор Дарлінгтона має досить привабливими характеристиками: дуже високим посиленням по току (близько 1000), значною допустимої потужністю, що розсіюється і малими розмірами. Деякі типи містять також захисний діод, включений між емітером і колектором (рис. 1.13). Це зручно для безпосереднього управління індуктивним навантаженням, наприклад реле. Однак при проведенні перевірки транзистора за допомогою тестера необхідно пам'ятати про існування діода.



Мал. 1.13. Структура транзистора Дарлінгтона з захисним діодом


1.4.9. МОП транзистор

Польові транзистори з ізольованим затвором (МОП транзистори) відрізняються за характеристиками від біполярних транзисторів. Як правило, вони використовуються в якості перемикачів, хоча МОП транзистори можна застосовувати і в аналоговій електроніці, про що свідчать численні ІС підсилювачів на цих приладах. МОП транзистор в стані провідності можна порівняти із замкнутим вимикачем: він має залишкове опір близько 2 Ом для малопотужних приладів і близько 0,1 Ом для потужних. При високих токах, які здатні пропускати дані компоненти, такі величини опорів можуть викликати помітне падіння напруги. Наприклад, резистор 0,1 Ом, через який проходить струм 10 А, має падіння напруги 1 В. При високих робочих напружених цією величиною можна знехтувати. Інша справа при управлінні регулятором швидкості обертання двигуна, що отримує живлення від батарейки або акумулятора напругою 6 В (наприклад, в радіокерованих моделях).

Для зниження залишкового опору МОП транзистори можна з'єднувати паралельно. Два паралельно включених ідентичних транзистора із залишковим опором по 0,1 Ом складуть один прилад з опором 0,05 Ом, який може пропускати подвоєний струм. Теоретично допустимо з'єднувати подібним чином будь-яке число транзисторів, але на практиці зазвичай обмежуються кількома приладами (не більше чотирьох).

У довідниках представлені потужні МОП транзистори, які можуть комутувати струми до 100 і навіть до 150 А. Як правило, прилади можуть витримати максимально припустимі струми лише протягом дуже короткого часу.

Наприклад, транзистор IRF540 (в корпусі ТО220) має максимальний струм 28 А при напрузі 100 В. Однак з аналізу його характеристик слід, що такий струм допустимо лише в імпульсному режимі, коли тривалість імпульсів не перевищує 100 мкс. При її збільшенні до 10 мс доводиться задовольнятися струмом 4 А. Перевищення зазначених значень пов'язане з ризиком виведення з ладу самого транзистора або вбудованого в нього захисного діода.

Обмеження по струму поширюються і на випадок паралельного включення транзисторів. Якщо врахувати розкид параметрів приладів, стає очевидним, що два паралельно включених МОП транзистора ніколи не мають ідентичні опору у відкритому стані. Внаслідок цього через них будуть проходити нерівні струми і ризик перевищення допустимих значень збільшується. Нарешті, слід зазначити, що МОП транзистори, як правило, менш надійні, ніж біполярні.

Одне з безперечних достоїнств польових транзисторів - простота управління при малому струмі, споживаної від джерела сигналу. Поданий на вхід імпульс напруги 5 В, що генерується логічним вентилем, дозволяє комутувати великі струми в вихідний ланцюга. Саме в цьому і полягає основна перевага польових транзисторів у порівнянні з біполярними, при використанні яких для досягнення аналогічних вихідних потужностей потрібно каскадне з'єднання декількох приладів. Зазвичай МОП транзистор починає проводити струм при керуючій напрузі 4 В. Однак для повного відкривання на його вхід потрібно подати напругу 10 або 12 В (останнє значення відповідає стандарту RS232).

Для найпоширенішої схеми включення із загальним витоком керуючою напругою є U зи, a вихідною напругою - U сі (рис. 1.14а).



Між джерелом вхідного сигналу і затвором, як правило, включається низькоомним резистор. Одне і те ж керуючу напругу може подаватися на декілька паралельно включених польових транзисторів. У цьому випадку на кожен транзистор потрібно за окремим резистору (рис. 1.14б).



Приклади управління МОН транзистором за допомогою логічного інвертора і каскаду на біполярних транзисторах показані на рис. 1.14в, г.



Мал. 1.14. Схеми включення МОП транзистора: схема із загальним витоком (а), паралельне включення МОП транзисторів (б), управління через логічний вентиль (в) і управління за допомогою транзисторів (г)


Аналогічно існування біполярних транзисторів n-р-n і pn-р типів є польові транзистори з каналом n-типу і р-типу. Транзистори з р-канали рідко застосовуються у вигляді дискретних елементів. Об'єднання МОП транзисторів обох типів дозволило створити комплементарні інтегральні схеми, які характеризуються виключно низькою споживаною потужністю.

Тестування МОП транзистора за допомогою мультиметра утруднено, оскільки затвор фактично ізольований від двох інших. Можна лише отримати інформацію про стан захисного діода, включеного між стоком і витоком, і перевірити відсутність короткого замикання між висновками.

Слід пам'ятати, що вхідний електрод МОП транзистора, як і вхід логічного вентиля КМОП типу, не повинен залишатися вільним. Під впливом наведень потенціал електрода здатний приймати будь-яке значення, що, зокрема, може викликати відкривання транзистора і протікання високого струму в вихідний ланцюга при відсутності вхідного сигналу. Тому у всіх режимах, в тому числі і на етапі тестування, між затвором і загальною точкою повинно бути включено опір витоку (зазвичай близько 1 МОм).


1.4.10. застосування оптопар

Оптопари забезпечують повну електричну ізоляцію між частинами схеми, які отримують живлення від різних джерел. Як і транзистори, вони застосовуються в пристроях комутації (зокрема, при передачі даних з використанням оптоелектронних систем) або в аналогових схемах (наприклад, в стабілізаторах ~ напруги).

Відмінною особливістю оптопар є значний розбрід параметрів від одного примірника до іншого. Для перевірки їх характеристик досить побудувати невелику схему, показану на рис. 1.15.



Мал. 1.15. Схема включення оптопари


Рівень вхідної напруги, потрібного для перемикання вихідного транзистора в режим насичення (нізкоомное стан), може змінюватися на кілька вольт для різних екземплярів приладу одного типу. У цифровій електроніці цей розкид не відіграє суттєвої ролі при правильному виборі вхідної напруги Uвх і опору в ланцюзі світлодіода (щоб перемикання на виході здійснювалося однаково для всіх приладів). В аналогових схемах інша справа, тому для забезпечення надійної роботи необхідно передбачити ручне регулювання вхідної напруги Uвх в досить широких межах.

Найбільш поширені оптопари мають корпус DIP6. Два виведення відносяться до светодиоду, а три - до транзистора, один висновок не задіяний. Наявний висновок бази транзистора використовується дуже рідко. Якщо цей висновок залишається вільним, він, подібно до антени, може приймати сигнали різного роду перешкод, що виникають, наприклад, в імпульсних джерелах живлення. Не завжди легко визначити, з якою точкою схеми допустимо з'єднати цей висновок, не порушивши роботу транзистора. У цьому "випадку необхідно провести кілька тестів, не забуваючи про те, що неправильне підключення може мати неприємні наслідки для каскаду, з'єднаного з виходом транзистора.

Проблеми такого роду не виникають під час використання більш простий оптопари в корпусі DIP4, що не має виведення бази фототранзистор або включає фотодіод. Слід мати на увазі, що для таких корпусів передбачені різні варіанти розташування висновків. Деякі типи оптопар виконуються в двох варіантах, єдина відмінність між якими полягає в інверсному розташуванні висновків, відповідних колектора і емітера фототранзистор.


1.4.11. Фотодіод ІК діапазону

У сучасних електронних схемах широко використовуються прилади, що виконують функції генерації, детектування або вимірювання випромінювання. Підвищена увага в останні роки приділяється приладів ІЧ діапазону. Це пов'язано з появою і поширенням пристроїв дистанційного керування, якими оснащується практично вся аудіо- і відеоапаратура. Кодування сигналів в таких пристроях поступово стандартизується, що розширює сферу їх застосування.

Для детектування сигналів ІК діапазону розроблені серійні модулі, але радіоаматори можуть без праці виготовити приймальне "пристрій самостійно. Як детектор випромінювання використовується фотодіод ІК діапазону. Такий діод має чутливість і у видимій частині спектру, тому штучне освітлення є для нього джерелом перешкод. Для їх придушення детектор повинен бути захищений оптичним фільтром.

Як правило, корпус фотодіода забезпечує широку спрямованість прийому випромінювання. З метою ослаблення перешкод від сторонніх оптичних сигналів слід обмежити кут, в межах якого випромінювання може потрапляти на прилад.

1.5. датчики

1.5.1. Датчик освітленності

Класичні напівпровідникові датчики освітленості, наприклад фотодіоди і фототранзистори, являють собою діоди і транзистори, у яких одна сторона корпусу пропускає. світло. Щоб в цьому переконатися, спробуйте акуратно спиляти верхню частину металевого корпусу транзистора. Потім підключіть до нього напругу, не приєднуючи базу, і ви зможете констатувати, що протікає по ланцюгу колектор-емітер струм реагує на джерело світла, спрямований на прилад (рис. 1.16). Аналогічний експеримент можна провести і з діодом.



Мал. 1.16. Датчик освітленності


1.5.2. Датчик рівня рідини

Для визначення рівня рідини часто використовуються властивості провідності цієї рідини. Щоб уникнути появи корозії вимір обмежують у часі, включаючи схему тільки на проміжок зчитування або використовуючи імпульсний сигнал. Власне датчик рівня може мати металеві контактні пластини різної форми, закріплені на стінці судини або просто занурюються в рідину. Базова точка вимірювань завжди повинна знаходитися на дні посудини в постійному контакті з рідиною незалежно від її рівня. Датчик у вигляді відрізка многожильного стрічкового кабелю, проводу якого обрізані до різної довжини, а потім оголені і облужени, являє собою оригінальне і не позбавлене витонченості рішення (рис. 1.17).



Мал. 1.17. Датчик рівня рідини


Електричне підключення до схеми істотно спрощується за рахунок застосування одного з численних сполучних елементів, розроблених для кабелів такого типу. Одна жила стрічкового кабелю (найдовша) резервується для фіксації базового рівня і за потреби забезпечується кабельним наконечником: Для механічного збирання датчика можна застосовувати спеціальні хомутики або відрізки клейкої стрічки. У міру збільшення рівня рідини все більшу кількість проводів датчика з'єднується з заземленою базовою точкою через опір рідини, що легко зафіксувати зі зміни потенціалів на виходах.

Слід враховувати, що рідина (зокрема, вода) може мати високий питомий опір, тому іноді доводиться обробляти вихідні сигнали за допомогою операційних підсилювачів.


1.5.3. Датчик температури з транзистора

При вимірюванні температури висока точність зазвичай не потрібно, надто коли йдеться тільки про фіксацію перевищення заданого порогового значення. Це відноситься, зокрема, до схем термічної захисту, якими оснащені пристрої певного класу. Довгий час в таких схемах використовувалися електромеханічні датчики температури, однак в даний час розробники все частіше застосовують електронні компоненти необов'язково спеціалізовані. Виміряти температуру можна і за допомогою звичайного транзистора, як це зроблено в схемі на рис. 1.18.



Мал. 1.18. Вимірювач температури на транзисторному датчику


Власне датчиком служить перехід база-емітер першого транзистора, так як при нагріванні напруга на переході істотно змінюється. Два інших транзистора потрібні для посилення знімається з датчика напруги і для його перетворення в логічний сигнал, який переключається при досягненні заданої температури (зазвичай 80-100 ° C). У цьому пристрої необхідно забезпечити хороший тепловий контакт між датчиком і радіатором, як і в разі монтажу охолоджуваних компонентів. Однак на цьому контакті необхідно дотримуватися умова повної електричної ізоляції, щоб уникнути збоїв логічного сигналу.


1.5.4. Датчик температури на мікросхемі

Широко поширена мікросхема типу DS1620 належить до нового покоління спеціалізованих схем, що виконують широкий діапазон функцій. Вона розміщена в простому корпусі DIP8. Однак для роботи з мікросхемою потрібно мікроконтролер. На базі DS1620 можна створити термостат з двома заданими порогами регулювання температури (верхнім і нижнім). Мікросхема може працювати в режимі термометра в інтервалі температур від-55 до +125 ° C. Результат вимірювання представляється у вигляді девятібітного сигналу з точністю 0,5 ° C.

Для управління ІС мікро контролером потрібно три лінії. Одна з них повинна бути двобічної. Остання вимога виконується рідко. Щоб його обійти, можна використовувати простий каскад на транзисторі, включеному за схемою з загальним емітером (рис. 1.19).



Мал. 1.19. Датчик температури на мікросхемі


Це дозволяє замінити одну двосторонню лінію двома звичайними лініями, з'єднаними з входом і виходом каскаду. Слід нагадати, що така схема інвертує сигнали, що надходять від мікроконтролера. Тому необхідно або додати інвертор, або відповідним чином змінити програму. Досить простий варіант програми зазвичай наводиться в технічній документації, яку рекомендується придбати разом з мікросхемою.

1.6. Механічні та інші компоненти

1.6.1. запобіжник

До вибору запобіжника слід поставитися з усією серйозністю, особливо якщо він знаходиться в ланцюзі харчування, з'єднаної з мережею. Коли перші випробування схеми проведені, необхідно визначити струм, споживаний пристроєм, і помножити його на коефіцієнт, який в значній мірі визначається типом використовуваного трансформатора.

При виборі значення коефіцієнта слід пам'ятати, що сплеск струму при включенні може в 10 разів перевищувати струм, споживаний в стаціонарному робочому режимі. Сказане відноситься до трансформаторів, які мають значну потужність. Якщо немає впевненості, варто пожертвувати кількома запобіжниками і провести серію експериментів по включенню пристрою, поступово знижуючи номінальне значення струму запобіжника до виходу його з ладу.

Для захисту низьковольтних ланцюгів (наприклад, що живлять реле) можна звернутися до запобіжників автомобільного типу, невеликим, недорогим і нескладним в монтажі. Подібний запобіжник неважко змонтувати на підставу у вигляді вилочний частини стандартного двоконтактний роз'єму, розеткову частина якого можна припаяти безпосередньо до друкованої плати.


1.6.2. герконовое реле

Малогабаритні герконові реле містять герметизовані магнітокеровані контакти. Перемикання ініціюється магнітним полем, яке виникає при подачі живлення на котушку реле. Чутливість геркона до магнітного поля досить висока, тому будь-який намагнічений елемент, розташований поблизу реле, може порушити його роботу. Можливою причиною збою може стати, наприклад, гучномовець, що містить сильний магніт. При цьому іноді виникає непроста для аналізу ситуація: збій проявляється тільки тоді, коли пристрій знаходиться на своєму робочому місці.


1.6.3. Реле з самоблокуванням

В електротехніці широко використовується реле з самоблокуванням, у якого харчування обмотки здійснюється через одну з пар контактів. Така схема має ряд переваг в порівнянні зі схемами, що містять тільки вимикачі. Зокрема, вона дозволяє уникнути ситуації, коли навантаження, відключені через зняття напруги харчування, несподівано включається знову при відновленні живлення. Використовуючи реле, є можливість виконувати вмикання і вимикання за допомогою двох незалежних кнопок. Для цього потрібно реле, що має принаймні два нормально розімкнутих контакту.

На схемах, наведених на рис. 1.20а, б, показані два згаданих варіанту застосування реле з самоблокуванням. Крім цього, представлена ​​схема включення індикатора відсутності напруги мережі (рис. 1.20в).



Мал. 1.20. Варіанти включення реле з самоблокуванням


Індикаторний світлодіод підключений до батарейці або акумулятора через нормально замкнутий контакт реле, котушка якого живиться мережевим напругою 220 В. Натискання на кнопку (вона повинна бути розрахована на напругу мережі) викликає спрацювання реле, яке залишається включеним після відпускання кнопки завдяки наявності паралельного їй замкнутого контакту. Одночасно розривається ланцюг живлення світлодіода. Якщо напруга мережі відключається, реле повертається в початковий стан і світлодіод запалюється. Коли напруга мережі відновлюється, потрібно повторне натискання на кнопку, щоб індикатор збою погас. При бажанні світлодіод можна замінити зуммером.


1.6.4. застосування п'єзоелементів

У невеликому плоскому п'єзоелементі збуджуються механічні коливання на звуковій частоті, рівній частоті поданого на його контакти напруги. Це дозволяє використовувати такий компонент як зумера. Спостерігається і зворотний ефект: під впливом механічної напруги на контактах пьезоелемента виникає різниця потенціалів, пропорційна доданої силі. При значних зусиллях пікове значення різниці потенціалів досягає десятків вольт. У такому режимі п'єзоелемент може використовуватися в мікрофонах.

Слід мати на увазі, що п'єзоелемент є високоомним компонентом. Тому в більшості випадків (якщо по ланцюгу повинен протікати хоча б невеликий струм) паралельно йому необхідно підключити резистор з номіналом близько 1 МОм.


1.6.5. Компоненти з поверхневим монтажем

Компоненти з поверхневим монтажем (КПМ) в основному застосовуються для серійного виготовлення електронної апаратури. У літературі також зустрічається назва «компоненти SMD», запозичене з іноземних джерел. Вони мають безсумнівні переваги: ​​займають порівняно малу площу, недорогі (при масовому виготовленні), їх можна швидше змонтувати, оскільки не потрібно свердлити друковані плати. Однак для аматорських схем такі компоненти малопридатні. Для них складно створити саморобну друковану плату, часто ці компоненти продаються тільки великими партіями. Крім того, для їх монтажу потрібні спеціальні інструменти (паяльник, який використовує гаряче повітря).

Проте бувають ситуації, коли КПМ можуть знадобитися любителю. По-перше, іноді їхній доводиться застосовувати через дефіцит доступної поверхні плати (використання ІС в корпусах FLAT, LCC, PLCC, SO, FP, VSO). По-друге, такі компоненти потрібні для заміни несправних елементів в існуючій схемі. Для пайки КПМ можна використовувати паяльник з дуже тонким жалом, однак для цього потрібна деяка вправність. Спеціальне жало можна виготовити, акуратно попрацювавши напилком і шкуркою. Термін служби такого інструменту обмежений, тому нагрів повинен виконуватися тільки на час пайки.

Одна з проблем використання КПМ пов'язана з їх маркуванням: написи на мініатюрному корпусі зазвичай важко прочитати. Крім того, для КПМ і ідентичних класичних компонентів використовуються різні позначення, що породжує значні незручності. Що стосується логічних мікросхем, то тут справа йде трохи простіше, оскільки основа позначення залишається постійною. Наприклад, один зі стандартних компонентів CD4001 перейменований в 4001ВТ або Х4001. З діодами складніше, оскільки, наприклад, класичний компонент 1N4148 отримує маркування BAS16 і т. Д.

При відсутності документації або довідкової літератури від застосування КПМ краще відмовитися. Тим більше що позначення аналогічних компонентів від різних виробників можуть не збігатися. Розташування висновків приладів також може виявитися нестандартним.

глава 2
Каскади електронних схем

У цьому розділі розглядаються загальні питання розробки електронних схем. Кожен читач відповідно до свого рівнем підготовки зможе почерпнути в даному розділі нові знання про особливості існуючих схем.

Матеріал, викладений нижче, допоможе розробити і виготовити різні електронні пристрої власними силами. Йтиметься про проектування схем, в яких використовуються тільки прості компоненти, доступні кожному любителю. Виклад розраховане на читача з технічним складом розуму, якому вже доводилося збирати електронні пристрої, користуючись готовими наборами деталей або схемами середньої складності зі спеціальних журналів. Як правило, для цього необхідно вивчити принципову схему пристрою і мати деякі навички по його настройці. Після придбання певного досвіду можна без великих труднощів самостійно конструювати різні типи схем. При цьому любитель (на відміну від професіонала) може вибирати різновид схеми на свій смак і за своїми можливостями.

2.1. найпростіші схеми

2.1.1. Полярність напруги живлення

У вітчизняній літературі по електроніці часто наводяться електричні схеми із зарубіжних джерел в оригінальному виконанні, без урахування вимог ЕСКД. І якщо з графічними і літерними позначеннями електрорадіоелементів початківець радіоаматор ще може розібратися, то визначення полярності напруги живлення викликає певні труднощі. Це питання особливо актуальне, коли здійснюється харчування від двополярного джерела і на схемі є позначення як V СС, так і V SS. Недосвідченого любителя така ситуація може завести в глухий кут. У такій ситуацію треба чітко запам'ятати: для харчування схем з напівпровідниковими елементами npn типу використовується позитивне напруга + U CC (в іноземних джерелах V СС), а для схем з елементами pn-р типу - негативна напруга - U CC (в іноземних джерелах V SS ).


2.1.2. дільник напруги

Часто виникає необхідність розрахувати схему дільника напруги, один з резисторів якій є змінним. Таке завдання з'являється, коли потрібно отримати опорна напруга для операційного підсилювача з відносно точним регулюванням у вузькому діапазоні. У цьому випадку корисно задати струм, споживаний дільником. Даний параметр часто важливий і сам по собі, особливо коли схема працює від батарейки і бажано забезпечити мінімальну споживану потужність.

На рис. 2.1 представлений дільник з трьома резисторами, один з яких є потенціометром. Припустимо, необхідно отримати регулятор напруги від 1,5 до 2,5 В.



Мал. 2.1. дільник напруги


Спочатку задамо максимальний струм, який буде протікати по делителю, рівним 500 мкА при напрузі живлення 5 В. Звідси відразу можна визначити номінал потенціометра. Він дорівнює 2 кОм (за умови падіння напруги на ньому 1 В при струмі 500 мкА). Використовуючи той же хід міркувань, отримуємо номінали інших резисторів: 3 і 5 кОм. Зрозуміло, ці значення уточнюються в залежності від обраної серії резисторів.


2.1.3. дифференцирующая ланцюжок

Дифференцирующая ланцюжок широко застосовується в найрізноманітніших схемах. Вона використовується, зокрема, для генерації коротких імпульсів, синхронізованих з фронтом прямокутного сигналу, які служать, наприклад, для запуску симистора. Позитивні і негативні перепади напруги, що надходять на диференціюються ланцюжок, перетворюються в імпульси різної полярності, які при необхідності легко розділити (рис. 2.2). Параметри резистора і конденсатора вибирають з урахуванням потрібної тривалості вихідних імпульсів τ відповідно до співвідношення τ ~ = RC.



Мал. 2.2. дифференцирующая ланцюжок


2.1.4. інтегруюча ланцюжок

Інтегруюча ланцюжок вельми важлива для практики електронних схем. Одна з її функцій полягає в перетворенні частоти імпульсної послідовності в постійну напругу, рівень якого пропорційний частоті. Для отримання такого співвідношення тривалість імпульсів не повинна залежати від частоти проходження. У найпростішому випадку інтегруюча ланцюжок містить тільки два компоненти: резистор і конденсатор (рис. 2.3).



Мал. 2.3. інтегруюча ланцюжок


Їх номінали вибираються в залежності від мінімальної частоти сигналу. Зазвичай задають таке твір RC, щоб воно було не менше максимального періоду проходження імпульсів. Наприклад, ланцюжок 10 кОм / 1 нФ цілком підійде для частоти сигналу, що перевищує 100 кГц. Якщо взяти більш низьке значення RC, на постійне вихідна напруга будуть накладатися помітні коливання пилкоподібної форми, які спотворюють перетворений сигнал.


2.1.5. Подавитель брязкоту контактів

Часто буває так, що при натисканні на кнопку замикання її контактів відбувається кілька разів через так званого брязкоту. У цифрових схемах це призводить до неправильної роботи пристрою. Усунути цей недолік здатна проста схема, яка використовує RS-тригер (рис. 2.4), наприклад К555ТР2. Такий компонент може служити корисним доповненням до кнопковому вимикача, розташованого на лицьовій панелі.



Мал. 2.4. Подавитель брязкоту контактів


2.1.6. частотні фільтри

На рис. 2.5 наведено кілька класичні схем пасивних і активних фільтрів низьких і високих частот. Вони використовуються в різноманітних пристроях, починаючи з НЧ підсилювачів і закінчуючи цифроаналоговими перетворювачами. На кожній схемі вказані формули для обчислення частоти зрізу фільтра F С.



Мал. 2.5. Прості схеми ФНЧ (а, б, в) і ФВЧ (г, д, е)


Наведені схеми справедливі для операційних підсилювачів, які харчуються однополярним негативним напругою. При цьому напруги на входах і виходах відраховуються відносно загальної точки джерела живлення. Для схем з Двуполярность харчуванням можна створити штучну точку опорного рівня. У пристроях, що працюють на частотах нижче 100 кГц, можна використовувати операційний підсилювач будь-якого типу.


2.1.7. подвоювач напруги

Подвоювач напруги (в загальному випадку помножувач напруги) являє собою певне поєднання діодів і конденсаторів. Цей принцип побудови давно використовується для отримання дуже високих напруг, наприклад, в телевізорах або в пристроях для іонізації газу. Невелика схема, представлена ​​на рис. 2.6, застосовується для отримання постійної напруги, приблизно вдвічі перевищує напругу на вході.



Мал. 2.6. подвоювач напруги


Для роботи схеми необхідний сигнал прямокутної форми низької частоти. У даній схемі використовуються тільки позитивні імпульси, що відрізняє її від класичних подвійників, що працюють від мережі або від синусоїдального напруги, що знімається з вторинної обмотки трансформатора.


2.1.8. Каскади з відкритим колектором

У літературі по електроніці і технічної документації часто зустрічається термін «відкритий колектор». Він пов'язаний з транзисторними каскадами і інтегральними схемами. Прикладами можуть служити логічні ІС сімейства ТТЛ або інші схеми, призначені для забезпечення харчування, стабілізації або посилення. У такій конфігурації транзистор npn або pn-р типу включений по схемі із загальним емітером, а його колектор залишається вільним для використання розробником пристрою (рис. 2.7а, б).

Вище вже описувалося одна з переваг цієї концепції - можливість паралельного з'єднання декількох ідентичних схем. Виходи елементів з відкритим колектором з'єднуються, на цьому засновано побудову логічних пристроїв з трьома станами.



Мал. 2.7. Схеми з відкритим колектором


Інший класичний приклад застосування таких елементів - це узгодження за рівнем двох схем, що працюють при різних напругах живлення. У будь-якому випадку на виході каскаду з відкритим колектором повинен бути включений резистор, з'єднаний з джерелом напруги + U CC або - U CC (для транзисторів типу npn або pn розчин відповідно). Він фактично виконує функцію навантажувального резистора в ланцюзі колектора. При паралельному включенні двох або більше каскадів досить буде одного загального резистора (рис. 2.7В). Його номінал визначається в залежності від струмів, які повинні протікати по колекторних ланцюгах транзисторів.


2.1.9. двотактний каскад

Двотактний каскад - це каскад на двох транзисторах, що часто використовується на виході швидкодіючих цифрових пристроїв. Крім того, він входить до складу багатьох керуючих схем на МОП транзисторах. Двотактний каскад включають також на виході більшості генераторів синусоїдальноїнапруги, що працюють на низкоомную навантаження (зазвичай 50 Ом). Його застосування забезпечує поліпшення узгодження генератора з навантаженням. Базова схема проста (рис. 2.8а): у двох комплементарних транзисторів, включених по схемі із загальним колектором, з'єднані емітери і бази. Транзистор npn типу приєднаний до позитивного полюса джерела живлення, а транзистор pn-р типу - до негативного. Транзистори відкриваються по черзі, і напруга на виході практично повторює за формою вхідний сигнал.

Двотактний каскад володіє одним недоліком: він не може повністю відтворити сигнал, який в негативний напівперіод опускається до нуля. В такому випадку перепад напруги на виході виявляється менше, ніж на вході, через кінцевого залишкової напруги на відкритому транзисторі. Цей недолік не має ніякого значення, коли каскад використовується для управління схемою на МОП транзисторах, але важливий для вихідних каскадів. З метою усунення описаної проблеми необхідно забезпечити симетричне харчування двотактного каскаду, тобто застосувати додаткове джерело негативної напруги (рис. 2.8б).



Мал. 2.8. двотактний каскад


2.1.10. Компаратор на транзисторі

Для порівняння двох напруг не обов'язково звертатися до операційного підсилювача. З подібним завданням цілком може впоратися проста і дешева схема компаратора на транзисторі, яка представлена ​​на рис. 2.9.



Мал. 2.9. Компаратор на транзисторі


Транзистор pn-р типу порівнює опорна напруга на емітер з частиною контрольованої напруги, поданої на базу через резистивний дільник R1R2. Коли напруга на базі падає нижче опорного, транзистор відкривається і вихід компаратора (колектор транзистора) переходить в стан з високим потенціалом. Така схема може використовуватися, наприклад, для контролю напруги батареї живлення.


2.1.11. Гістерезис в електроніці

Термін «гістерезис» походить від грецького слова «запізнювання» і означає появу затримки в розвитку одного фізичного явища по відношенню до іншого. Гістерезис грає велику роль в техніці і, зокрема, в електроніці. Він проявляється кожного разу, коли виконується операція порівняння двох величин з деякою точністю.

Суть даного явища можна пояснити на прикладі роботи термостата незалежно від наявності або відсутності електронного регулятора. Розглянемо термостат, налаштований на підтримання температури 20 ° C за допомогою електричного нагрівача. Якби керуюча нагрівачем биметаллическая пластина, що деформується при зміні температури, не володіла гистерезисом, нагрівач буде активуватися дуже і вимикався дуже часто, що призведе до швидкого зносу контактів. Насправді регулятор включається при 19 ° C, а вимикається приблизно при 21 ° C. При цьому механічна інерційність біметалічної пластини і теплова інерційність нагрівача породжують явище гістерезису, перемикання режимів відбувається з невеликою частотою, а температура в термостаті коливається в деякому інтервалі поблизу заданого значення (рис. 2.10а).



Мал. 2.10. Схема реалізації гістерезису


В електроніці все процеси розвиваються набагато швидше, і нерідко доводиться штучно створювати затримку для зниження частоти перемикання. Як приклад на рис. 2.10б наведена схема компаратора на базі операційного підсилювача.

Пристрій порівнює регульоване напруга Uвх з опорним Uoп, яке задається за допомогою батарейки. Результат порівняння виводиться на світлодіодний індикатор. Щоб підсилити прояв гистерезиса і знизити частоту миготіння індикатора, використовують резистор, через який частина вихідного сигналу передається на вхід операційного підсилювача. При цьому знижується коефіцієнт посилення каскаду і затримується включення і виключення індикатора.

2.2. операційні підсилювачі

2.2.1. Приєднання невикористовуваних входів

Іноді один з операційних підсилювачів (ОУ) мікросхеми, в корпусі якої розміщуються два або чотири ОУ, не застосовується. Часом це робиться навмисно, як, наприклад, при використанні мікросхеми LM324 ((счетверенний ОУ), яка дешевше, ніж здвоєний аналог LM358. У цьому випадку виникають проблеми паразитних коливань і надмірного споживання струму. Для їх вирішення невикористовувані входи слід з'єднати за схемою повторювача напруги , тобто вхід + (плюс) з загальною точкою, а вхід - (мінус) з виходом (рис 2.11).



Мал. 2.11. Приєднання невикористовуваних входів ОУ


2.2.2. Вихідний рівень

Операційний підсилювач може з однаковим успіхом використовуватися як в аналогових додатках (в підсилювачах і генераторах), так і в цифрових. У його характеристиках серед інших вказують максимальний рівень вихідного сигналу по відношенню до напруги харчування. Відома мікросхема LM324, наприклад, має типовий рівень сигналу 1,5 В. Таким чином, при живленні 5 В напругу на її виході ніколи не перевищить 3,5 В. Це може заважати запуску логічної схеми, поріг перемикання якої не адаптований до такого рівня, або забезпечення живлення навантаження, що вимагає більш високої напруги. В цьому випадку включення реле на 5 В стає ненадійним. Світлодіод ніколи повністю не згасне, а буде горіти з меншою інтенсивністю. У подібних випадках на виході операційного підсилювача рекомендується поставити буферний каскад на транзисторі.


2.2.3. Об'єднання виходів операційних підсилювачів

Іноді при використанні ОУ як компараторів напруги виникає необхідність об'єднання їх виходів. Зрозуміло, таку операцію можна проводити з моделями, для яких подібний вид з'єднання не передбачений (наприклад, LM324). Мікросхема LM389 має на виході каскад на npn транзисторі з відкритим колектором і допускає таке з'єднання. Типове застосування такої схеми - відстеження аналогової величини (наприклад, напруги батареї) і видача сигналу в разі її виходу поза межі заданого діапазону (рис. 2.12). Обидва підсилювача включені за схемою компаратора, один для верхнього порогу, інший - для нижнього.



Мал. 2.12. Об'єднання виходів ОУ


Коли контрольоване напруга знаходиться в допустимих межах, на виході кожного компаратора є стан логічної одиниці (вихідний транзистор вимкнений). Коли ж напруга виходить за задані рамки, логічне стан на виході одного з ОУ змінюється на протилежну. Не слід забувати про підключення навантажувального резистора, загального для всіх компараторів, до позитивного висновку джерела живлення.


2.2.4. буферний підсилювач

Мікросхема CD4050 містить шість буферних підсилювачів, функція яких полягає в підвищенні потужності слабких сигналів до тієї величини, яка необхідна для управління компонентами з високим споживанням струму (наприклад, світлодіодами). Ряд підсилювачів можна без всяких проблем з'єднати паралельно - для того щоб збільшити вихідний струм або не залишати вільними входи одного або декількох підсилювачів. Така схема також часто використовується для управління потужними МОП транзисторами або джерелами звукових сигналів (рис. 2.13).



Мал. 2.13. буферний підсилювач


Аналогічним чином можна включати інвертори (мікросхема CD4049). У цих мікросхем є одна особливість: їх позитивний висновок харчування позначений номером 1 (у більшості мікросхем це номер 16).


2.2.5. опорний рівень

Операційні підсилювачі часто використовують для посилення змінного сигналу. Однак для посилення негативної напівхвилі потрібно створити позитивний опорний рівень напруги. Таку опору, що дорівнює Ucc / 2, формують за допомогою резистивного подільника R1R2 в поєднанні з фільтруючим конденсатором С2 (рис. 2.14а).



Мал. 2.14. Включення ОУ для отримання опорного рівня (а)


В цьому випадку слід пам'ятати про те, що підсилюється аналоговий сигнал насправді накладено не так на нульовий рівень, а на деякий постійна напруга, яке зазвичай необхідно виключити перед подачею сигналу на наступний каскад. Для цієї мети на виході підсилювальної ланцюга ставлять розділовий конденсатор С3, що усуває постійну складову напруги.

Опорный потенциал может использоваться несколькими усилителями. Если их число велико или же требуется высокая стабильность опорного уровня, разумно построить небольшой источник питания, стабилизированный при помощи дополнительного операционного усилителя (рис. 2.14б).



… и стабилизированный источник опорного напряжения ( б )


2.2.6, Аналоговые сумматор и вычитатель

Сумматор и вычитатель напряжений входят в число базовых аналоговых схем на операционных усилителях (рис. 2.15). Они находят широкое применение, особенно для обработки и усиления сигналов, поступающих от датчиков физических величин, например температуры, механической нагрузки или показателя кислотности воды. Чтобы достичь нужной точности, следует- соблюдать идентичность парных резисторов. Это требование играет более важную роль, чем точный подбор абсолютных значений сопротивлений.



2.2.15. Схемы аналоговых сумматора ( а ) и вычитателя ( б )


2.2.7. Подача звуковых сигналов

Существует много различных зуммеров, или звуковых преобразователей. Эти устройства можно разделить на два семейства: простые зуммеры и зуммеры со встроенным генератором. Последние использовать проще, поскольку для их включения достаточно подать питание. Для работы простого зуммера нужен внешний генератор, но часто вместо него можно использовать источник сигнала, уже имеющийся в схеме. Таким источником может быть, например, неиспользуемый (или используемый) выход счетчика или тактового генератора. Когда для управления применяется микроконтроллер, нетрудно создать генератор, введя в программу логический цикл. В этом случае появляется возможность регулировать тональность звучания. С точки зрения схемотехники зуммер можно считать емкостной нагрузкой, поэтому во многих случаях параллельно ему следует подключать резистор (рис. 2.16).



Мал. 2.16. Простой зуммер

2.3. Световые индикаторы

2.3.1. Буквенная индикация из цифровой

Семисегментный индикатор позволяет отображать не только цифры, но и некоторые другие знаки и символы. Если творчески отнестись к поставленной задаче, можно обойтись без 16-сегментной модели или точечной матрицы, которые намного дороже и сложнее в применении. При этом вид отображаемой информации будет зависеть только от возможностей индикатора. На рис. 2.17 представлены некоторые примеры того, что может отображать

индикатор. Управление различными сегментами осуществляется при помощи специализированной логической схемы, как и в большинстве случаев применения символьной индикации.



Мал. 2.17. Буквенная индикация на семисегментных индикаторах


2.3.2. Алфавитно-цифровые индикаторы на жидких кристаллах

Кроме классических семисегментных индикаторов имеется семейство так называемых алфавитно-цифровых индикаторов. Они могут отображать цифры, буквы и некоторые другие символы на одной или двух строках из 8 или 16 знаков с фоновой подсветкой или без нее. Такие модули имеют довольно сложную электронную начинку и управляются микроконтроллером через стандартный параллельный интерфейс в сочетании с тремя дополнительными управляющими вводами (рис. 2, 18).



Мал. 2.18. Алфавитно-цифровой индикатор


Выводы Е и RS постоянно используются при работе, а вывод R/W , если он не используется для считывания содержимого внутренней памяти, должен быть заземлен через резистор.

Отметим, что индикатором можно управлять с помощью четырех битов вместо восьми. В этом случае, как ни странно, некоторые модели со строкой из 16 знаков начинают функционировать как двустрочные индикаторы, содержащие по восемь знаков на строку (реально же они остаются однострочными). Иначе говоря, после отправления восьмого знака необходимо выдать команду перехода на другую строку, чтобы получить возможность написать девятый знак.

Индикаторные модули позволяют регулировать контрастность изображения с помощью внешнего переменного резистора. Такое устройство необходимо, поскольку подключение соответствующего контакта к фиксированному напряжению не позволяет получить оптимальную контрастность. При подборе яркости фоновой подсветки, которую дают размещенные за индикатором светодиоды, лучше определить величину ограничивающего резистора экспериментальным путем, не полагаясь на инструкции производителя. Подсветка потребляет много энергии, поэтому желательно выбрать максимально допустимую величину резистора, обеспечивающую достаточное освещение при любых условиях.


2.3.3. Мультиплексирование многоразрядного индикатора

Как правило, семисегментным индикатором управляют посредством специализированной микросхемы декодирования (например, CD4511), включающей в себя четырехбитный дешифратор и несколько буферных каскадов для запуска каждого светодиода. Если для индикации необходимо использовать ряд цифр, задача существенно усложняется, поскольку при этом нужны схемы декодирования для каждой цифры (рис. 2.19а). В таком случае рисунок печатной платы принимает вид головоломки, поскольку индикатор может иметь самое различное размещение компонентов. Кроме того, резко увеличивается общий расход тока, поскольку токи, потребляемые каждым освещенным сегментом, суммируются.

Другой подход состоит в мультиплексировании индикации, когда нужные цифры отображаются одна за другой с частотой, при которой создается впечатление, что все они светятся постоянно. Если частота повторения слишком высока, яркость свечения снижается, при слишком низкой частоте появляется заметное мелькание. Подобная техника существенным образом упрощает электрические соединения и сокращает общее потребление энергии, поскольку в каждый момент времени горит только один индикатор.



Мал. 2.19. Схема мультиплексирования индикатора


На схеме, показанной на рис. 2.19б, осуществляется поочередное подключение общего электрода каждого из индикаторов (анода или катода). Когда некоторые сегменты активированы, загорается только тот индикатор, общий электрод которого также активирован, а остальные индикаторы погашены. Сначала управляющий сигнал поступает на общий электрод светодиодов первого индикатора, активируя его на определенный промежуток времени. По истечении этого интервала сигнал получает следующий индикатор и т. д. При этом необходимо точно соблюдать последовательность подачи управляющих сигналов на общий электрод и на соответствующие сегменты, что успешно выполняется некоторыми специализированными интегральными схемами (например, ICL7107). Вместо этого можно использовать микроконтроллер с соответствующим программным обеспечением.

2.4. Цифровые схемы

2.4.1. Синхронизация от сети

Напряжение электрической сети часто используется в электронных схемах в качестве опорного сигнала для генераторов тактовых импульсов или для синхронизации измерительных приборов. При измерении напряжений, содержащих остаточные пульсации на сетевой частоте, иногда проще произвести замер в определенный момент, чем выполнять тщательную фильтрацию сигнала (рис. 2.20а). При выполнении дискретных измерений через заданные промежутки времени на вход прерывания микроконтроллера часто подают прямоугольный сигнал, синхронизированный с напряжением сети. В этом случае обычно создаются оптимальные условия для снижения погрешностей измерения, связанных с различными помехами и наводками.



Мал. 2.20. Синхронизация от сети ( а ) и простая схема генератора синхроимпульсов ( б )


Для получения прямоугольных синхроимпульсов используется простая схема на стабилитроне в сочетании с резистором. Она ограничивает сверху переменное напряжение, снятое с любой точки вторичной обмотки трансформатора источника питания (рис. 2.20б). Величина сопротивления рассчитывается на основании максимального потенциала в выбранной точке относительно общей точки схемы, а не на основании эффективного значения напряжения.


2.4.2. Логические схемы, управляемые фронтом импульса

Многие логические схемы, в том числе и КМОП типа, реагируют не на состояние входа, а на его изменение. Например, счетчик может срабатывать в тот момент, когда на его тактовом входе возникает перепад напряжения от низкого уровня к высокому или наоборот. В этом случае говорят о логическом элементе, управляемом передним или задним фронтом импульса. Схемы, реагирующие на положительный фронт, то есть на переход от логического нуля к единице, называют положительной логикой, а на переход от 1 к 0 — отрицательной.

Эта характеристика всегда приводится в справочной документации на микросхему. Вход, рассчитанный на управление отрицательным фронтом, маркирован чертой сверху, обозначающей отрицание (рис. 2.21).



Мал. 2.21. Вывод ИС, реагирующий на отрицательную логику


В некоторых случаях, в частности для микросхемы CD4042 (четыре D-триггера), пользователь может сам выбрать тип запуска, подключая определенный вход к положительному или отрицательному напряжению. Во избежание возможных ошибок перед разработкой любой схемы необходимо выяснить тип запуска логических элементов. Например, это относится к счетчикам, где неправильное управление может привести к десинхронизации или потере данных. Часто, чтобы получить требуемый результат, приходится включать дополнительную RC-цепочку и использовать снимаемые с ее выхода короткие импульсы нужной полярности. Типичный вариант такого подключения к тактовому входу D-триггера приведен на рис. 2.22.



Мал. 2.22. Использование RC-цепочки в логических схемах


2.4.3. Классические импульсные устройства

Схемы, приведенные на рис. 2.23, представляют собой классические одновибраторы и мультивибраторы (генераторы прямоугольных импульсов).

В одновибраторах (рис. 2.23а, б) длительность выходного импульса не зависит от длительности импульса на входе. Первый одновибратор запускается положительным перепадом напряжения на входе, а второй — отрицательным.



На рис. 2.23в представлен обычный мультивибратор, а на рис. 2.23 г — мультивибратор с регулируемой длительностью импульсов.



В схемах, представленных на рис. 2.23д, е, колебания возникают при подаче на вход логического сигнала соответственно низкого и высокого уровня.



Мультивибратор на двух транзисторах (рис. 2.23ж) используется в низкочастотных устройствах. Такая схема может непосредственно управлять элементами со значительным потребляемым током, например лампочками или реле, которые подключаются к одному из коллекторов (или к каждому коллектору) вместо резистора. В остальных схемах применяются КМОП вентили, рассчитанные на широкий диапазон напряжений питания.



Мал. 2.23. Импульсные схемы


При вычислении длительности импульсов определяющую роль играет произведение RC. Приведенные на рисунке формулы являются приближенными, окончательный результат зависит от частоты, от типа вентилей, а также от напряжения питания. Применяются логические вентили, включенные по схеме инвертора, типа ИЛИ-НЕ или И-НЕ. Их можно также заменить простыми инверторами.

Для формирования периодов большой длительности (значительного времени задержки) предпочтительнее использовать мультивибраторы со средней или высокой рабочей частотой в сочетании с двоичным счетчиком. Наиболее удобны в этом случае микросхемы типа CD4060 и т. п.


2.4.4, Транзисторные матрицы

Управление несколькими светодиодами или реле осуществляется, как правило, с помощью нескольких одинаковых транзисторов, включенных по схеме с общим эмиттером. К каждому транзистору обычно добавляют защитный диод, предотвращающий опасный выброс напряжения при отключении индуктивной нагрузки. В подобных случаях удобно воспользоваться одной из многих доступных на сегодняшний день интегральных транзисторных матриц. При этом достигается существенный выигрыш в занимаемой площади и сокращение времени сборки.

Наиболее распространенные микросхемы содержат по 7 транзисторов, включенных по схеме с общим эмиттером (рис. 2.24).



Мал. 2.24. Транзисторная матрица


К каждому из транзисторов подключены защитный диод в цепи коллектора и резистор в цепи базы, позволяющий осуществлять непосредственное управление транзисторным ключом как в ТТЛ схемах (напряжение сигнала 5 В), так и в КМОП схемах (напряжение сигнала 3-18 В). Расположение выводов микросхемы непривычно, однако в нем есть своя логика: входы (базы) и выходы (коллекторы) расположены друг против друга на противоположных сторонах корпуса. Общая точка (объединяющая все эмиттеры) находится на выводе 8, как в DIP16, точка присоединения всех диодных катодов — на выводе 9. Последний вывод остается свободным, если диоды не используются (например, при управлении светодиодами). К популярным микросхемам семитранзисторных матриц относятся ULN2003 (ТТЛ) и ULN2004 (КМОП), примеры восьмитранзисторных матриц — ULN2803 и ULN2804.


2.4.5. Согласование КМОП и ТТЛ схем

Еще совсем недавно все логические интегральные схемы принадлежали к семейству ТТЛ (транзисторно-транзисторной логики). Затем появились КМОП схемы и, наконец, комбинированные микросхемы, сочетающие преимущества обоих семейств.

Элементы ТТЛ типа по быстродействию превосходят КМОП микросхемы, но потребляют значительно больше энергии (напряжение питания для них равно 5 В). Схемы на КМОП транзисторах отличаются исключительно малым потреблением тока, особенно при низкой частоте переключения. Они способны работать при напряжении питания от 3 до 15 В. Недостатком таких приборов является их высокая чувствительность к статическому электричеству. Чтобы при работе приборы не выходили из строя, необходимо принимать специальные меры защиты. Однако в настоящее время практически все КМОП микросхемы изготавливаются со встроенной защитой от статического электричества.

Оба типа микросхем широко распространены, и нередко возникает необходимость сочетания в одном устройстве двух ИС различных типов. Это не вызывает трудностей, если их напряжения питания совпадают. В противном случае между выходом одной микросхемы и входом другой нужно добавить согласующий каскад на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером (рис. 2.25). Следует помнить, что такой каскад инвертирует логические сигналы и для восстановления полярности выходных импульсов после него потребуется включить дополнительный инвертор.



Мал. 2.25. Схема согласования ТТЛ и КМОП уровней


Напомним также, что неиспользуемый логический вход (ТТЛ или КМОП элементов) никогда не должен оставаться свободным. Его следует подключить через резистор к напряжению +U CC или —U CC (в зависимости от типа вентиля) или к точке с подходящим потенциалом, выбрав наиболее простой вариант соединения для данного рисунка печатной платы.

2.5. Триггеры и счетчики

2.5.1. Маркировка выводов

Обозначение номеров выводов двоичного счетчика часто является источником ошибок. Разработчики логических устройств, как правило, предпочитают начинать нумерацию разрядов с нуля. Однако конструкторы микросхем обозначают номера выводов начиная с единицы. Таким образом, 12-разрядный счетчик имеет номера выводов от Q1 до Q12, в то время как программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) эквивалентной разрядности имеет адресные строки, обозначенные А0 — A11. Чтобы не запутаться, надо с самого начала найти на схеме или в технической документации наименьший номер и вести отсчет от него на протяжении всех последующих действий.


2.5.2. Двоичный счетчик как триггер

Триггеры (логические элементы с двумя устойчивыми состояниями) могут быть выполнены как в ТТЛ, так и в КМОП базисе. В одном корпусе содержится как минимум два триггера. При их монтаже необходимо соединить между собой некоторые выводы, что усложняет рисунок печатной платы. Вместо этих компонентов можно взять любой двоичный счетчик (рис. 2.26) и использовать в качестве выходного сигнала состояние бита с наименьшим весом (Q0 или Q1). Начальное состояние триггера можно выставить, подавая сигнал сброса на соответствующий вход счетчика.

Для решения рассмотренной задачи могут использоваться различные типы счетчиков. В зависимости от модели можно выбрать запуск по переднему или заднему фронту. Для уточнения этого вопроса следует обратиться к технической документации.



Мал. 2.26. Двоичный счетчик как триггер


2.5.3. Блокировка счетчика микросхемы CD4O6O

Микросхема CD4060 пользуется большой популярностью у разработчиков цифровых устройств. На ее основе построены как простые, так и довольно сложные устройства. Микросхема содержит генератор импульсов, для задания параметров которого потребуется два внешних резистора и один конденсатор (или кварцевый резонатор), а также 14-каскадный двоичный счетчик (рис. 2.27).



Мал. 2.27. Включение ИС CD4060


Число выводов корпуса (типа DIP16) не позволяет целиком использовать все 14 выходов счетчика. Когда генератор не связан со счетчиком, он может играть роль тактового генератора. При соединении этих двух элементов схема выполняет функцию таймера. Небольшая хитрость позволяет блокировать работу генератора при переходе одного из выходов в состояние логической единицы, что дает возможность, например, включить сигнал тревоги по истечении заданного промежутка времени. Для этого достаточно соединить вход генератора OSC IN с одним из выходов счетчика QN . Во избежание осложнений такое соединение производится через диод.

Для остановки генератора можно использовать любой другой сигнал, переходящий в состояние логической единицы. Когда счетчик и генератор заблокированы, из этого состояния их может вывести только управляющий импульс на входе R ( Reset ).


2,5.4, Каскадирование счетчиков

Для обращения к ППЗУ большой емкости необходимо значительное число адресных линий. Например, для адресации к модели 27256 емкостью 8x32 Кб нужно 15 адресных линий с А0 по А14. Как правило, намного удобнее использовать двоичный счетчик, который сканирует всю память, поскольку в классическом варианте для управления счетчиком требуется только два бита (один для тактового входа, другой для обнуления), а не 15.

К сожалению, нет счетчиков с таким количеством выходов, несмотря на то что некоторые версии имеют 14 каскадов (например, микросхема CD4020). Но из 14 каскадов реально используется только 12, так как выходы Q1 и Q2 не подключены к внешним выводам.

Для счетчика CD4060 ситуация еще хуже, поскольку здесь можно использовать только 10 выходов. В результате необходимо применять каскадное соединение микросхем. Модель CD4040 отлично подходит для решения этой задачи. Последний выход первого счетчика (Q12, если начинать отсчет от Q1), соединен с тактовым входом второго счетчика (рис. 2.28).



Мал. 2.28. Каскадное соединение счетчиков


Входы обнуления соединяются и управляются общим сигналом сброса. Составленный таким образом счетчик будет иметь 24 выхода, но использоваться будут только 15 первых.

Аналогичный подход возможен также при работе с ППЗУ большего объема. При необходимости ничто не помешает вслед за вторым счетчиком поставить и третий. Такой вариант схемы можно применять для последовательного поиска данных (например, при синтезировании звуковых сигналов или при создании сообщения на алфавитно-цифровом индикаторе). В этом случае управление устройством лучше доверить микроконтроллеру, хотя при желании можно разработать управляющую схему на дискретных логических элементах.


2.5.5. Обнуление счетчиков

Установка сложной логической схемы в исходное состояние часто требует обнуления одного или нескольких счетчиков, которые могут быть построены на триггерах различных типов. Выполнение этой операции должно быть тщательно продумано, так как от нее в значительной степени зависит функционирование всей системы. Лучше создать устройство обнуления, общее для всех узлов, а не отдельные независимые модули. Это возможно, только если уровни сигнала обнуления согласованы. Как правило, обнуление всех счетчиков осуществляется сигналом логической единицы и происходит автоматически при подаче напряжения питания (рис. 2.29). Микроконтроллеры обычно имеют инвертированный сигнал обнуления, поэтому их не удается включить в общую схему. В этом случае лучше дать микроконтроллеру возможность автоматически устанавливать в исходное состояние все остальные компоненты устройства.




Мал. 2.29. Схема обнуления счетчиков


2.5.6. Сочетание счетчика с линейным индикатором

Лицевые панели современных приборов часто содержат светящиеся шкалы, отображающие какую-либо аналоговую величину или настройку приемника. Такой тип индикации, которая называется линейной, формируется с помощью нескольких светодиодов, расположенных в ряд. Выпускаются и готовые шкалы, состоящие из восьми или десяти светодиодов, собранных в корпусе DIP16 или DIP20. Можно также построить линейный индикатор собственными силами, используя круглые или прямоугольные светодиоды разных цветов или одного цвета. Однако управлять таким индикатором не очень просто. Для этого необходимо располагать двоичными сигналами, число которых равно количеству светодиодов.

Если прибор содержит несколько однотипных модулей, разработка его схемы заметно усложняется. Более простое решение — использовать один или несколько двоичных счетчиков (рис. 2.30).



Мал. 2.30. Схема счетчика с индикатором


Счетчик заставляют считать вперед, воздействуя на его тактовый вход до тех пор, пока на выходах не появится требуемый результат. При подаче сигнала сброса все выходы счетчика переходят в нулевое состояние. После первого тактового импульса выход младшего разряда переходит в состояние логической единицы. Следующий период устанавливает это состояние на втором выходе, а первый разряд обнуляется. Третий период переводит в состояние логической единицы оба первых выхода и т. д. Если каждый из выходов соединить со светодиодами, такой двоичный счет будет отображаться индикатором.

По этому принципу можно построить линейный индикатор точечного типа (в каждый момент горит один светодиод) или типа светящейся шкалы. Управлять счетчиком для получения требуемой индикации должен микроконтроллер.

Сложность этой задачи заключается в том, что счетчик невозможно сразу вернуть назад. Например, если горит третий светодиод, а необходимо зажечь второй, сначала надо погасить оба (через вход Reset ), а затем отправить нужное число тактовых импульсов. Чтобы промежуточные этапы счета не были видны на индикаторе, следует увеличить скорость операций, особенно при зажигании последних светодиодов. Действительно, зажигание последнего диода из ряда, содержащего 10 штук, требует отправления 512 импульсов, а зажигание одновременно всех десяти — 1023 импульсов. Такая процедура не требует сложных вычислений для определения числа импульсов, соответствующего заданному состоянию индикатора.

У розглянутому пристрої можна використовувати будь-який двійковий лічильник (якщо тільки він має всі необхідні виходи). Для створення дуже великий шкали доведеться каскадно з'єднати кілька таких лічильників. Не рекомендується підключати світлодіоди безпосередньо до виходів лічильника, краще використовувати ряд буферних каскадів на основі мікросхем або транзисторної матриці.


2.5.7. високоомне стан

Можливість отримання особливо високого опору грає важливу роль як в аналоговій, так і в цифровій електроніці. У першому випадку мова найчастіше йде про вхідному опорі операційного підсилювача. У другому випадку зазвичай мається на увазі високоомне стан виходу логічного пристрою. Про це вже згадувалося вище, коли йшлося про виходах схем з відкритим колектором. Використання високоомного стану лежить в основі принципу передачі цифрової інформації по шині, що зв'язує декілька різних компонентів, які взаємодіють один з одним (рис. 2.31).



Мал. 2.31. Схема підключення до загальної шини


Кожен розряд на виході логічних елементів, підключених до загальної шині, може приймати три стану: логічний нуль, логічна одиниця і високоомне стан, порівнянне з фізичним відключенням (його часто називають Z-станом). Без цього третього стану було б неможливо об'єднати кількох виходів. Тому для підключення до загальної шини (з паралельною або послідовною передачею даних) можна використовувати ТТЛ схеми з відкритим колектором на виході, призначені для такого з'єднання, або КМОП схеми з Z-станом виходу.

Аналогові пристрої з високим вхідним опором необхідні для роботи з деякими специфічними елементами, зокрема з датчиками фізичних величин. Прикладом може служити датчик з електродами для вимірювання показника рН рідини, що має опір близько 10 12 Ом. На щастя, існує ряд операційних підсилювачів, вхідний опір яких узгоджується з такою величиною. Розробнику схеми необхідно дотримуватись певних правил розміщення елементів. Кабель і особливо початковий елемент повинні вибиратися і монтуватися дуже ретельно. Від цього значною мірою залежить якість роботи всієї схеми. Зазвичай має сенс придбати з'єднувальний кабель зі спеціальним роз'ємом для приєднання до входу підсилювача.

2.6. застосування генераторів

2.6.1. Генератор струму

Генератор струму - це пристрій, що забезпечує потрібний струм (по можливості точно задається і стабілізований) в навантаженні зі змінним опором. Серед областей його застосування можна відзначити перезаряд батареї, введення струму з медичними цілями або електроліз хімічного розчину. У промисловості генератори струму знаходять широке застосування для передачі інформації, одержуваної при вимірюванні різних фізичних величин.

Є кілька способів побудови генератора струму, в тому числі із застосуванням спеціалізованих схем. У простих схемах, представлених на рис. 2.32, використовуються стандартні компоненти (транзистор або операційний підсилювач), але якість їх роботи заслуговує на високу оцінку.

При проектуванні генератора струму спочатку слід визначити верхню межу зміни опору навантаження, від якого залежить необхідну напругу джерела живлення. Наприклад, щоб отримати струм 10 мА через резистор 100 Ом, необхідна напруга не менше 1 В. Якщо опір збільшується до 1000 Ом, буде потрібно вже 10 В і т. Д. Генератор, що працює при напрузі живлення 24 В, зможе забезпечити струм 10 мА при короткому замиканні не вдома або при підключенні резистора з максимальним опором 2,4 кОм.



Мал. 2.32. Генератор струму на транзисторі (а) і на операційному підсилювачі (б)


2.6.2. Генератор, керований напругою

Генератор, керований напругою (ГУН), являє собою пристрій, який виробляє сигнал синусоїдальної або прямокутної форми. Він застосовується в різних областях, наприклад в системах ФАПЧ. У класичному RC-генераторі частота варіюється за рахунок зміни ємності або опору електронним способом або вручну (наприклад, за допомогою потенціометра). Автоматичне регулювання на основі цифрової або аналогової обробки сигналу є досить складним завданням. Її рішення полегшується при використанні спеціалізованих мікросхем, наприклад CD4046 або NE567.

Два інших варіанти керованих генераторів наведені нижче. На рис. 2.33а представлений класичний мультивибратор, у якого частота генератора визначається параметрами RC-ланцюга. Для управління частотою використаний фоторезистор, опір якого залежить від освітленості і змінюється шляхом варіювання напруги на лампочці розжарювання. Перевагою пристрою є повна розв'язка ланцюга управління і генератора.

На рис. 2.33б показаний фрагмент схеми ГУН на базі мікроконтролера. На виході формується послідовність стандартних імпульсів з частотою, заданої програмним способом (як у випадку аналого-цифрового перетворювача). Ця послідовність надходить на інтегруючу RC-ланцюжок, яка перетворює її в постійну напругу, залежне від частоти. Воно подається на один із входів операційного підсилювача і порівнюється з поданням на другий вхід керуючою напругою. Різницевий сигнал використовується мікро контролером для програмного завдання частоти, яка відповідає рівню сигналу.



Мал. 2.33. Схеми ГУН на базі фоторезистора (а) і мікроконтролера (б)


2.6.3. Генератор напруги з двійковим управлінням

Іноді в цифровому пристрої потрібно отримати плавно змінюється напруга, при цьому висока точність не потрібна. За допомогою такого напруження можна, наприклад, управляти пристроєм, призначених для поступового запалювання ламп, або забезпечити плавне збільшення швидкості обертання двигуна до максимального значення. Отримати зміна потенціалу в заданих межах вдасться і без допомоги цифро-аналогового перетворювача. Проста схема, представлена ​​на рис. 2.34а, може виконати цю функцію.

Принцип роботи полягає в управлінні зарядом і розрядом конденсатора через резистори, по черзі підключаються до нього за допомогою двох вимикачів. Якщо вимикач S1 замкнутий, то конденсатор С1 буде повільно заряджатися через резистор R1 до напруги харчування Ucc. Якщо він розімкнути, конденсатор буде підтримувати на своїх висновках напруга, до якого він був заряджений (за умови незначного саморазряда). Коли замкнутий вимикач S2, конденсатор С1 буде розряджатися через резистор R2. Швидкістю наростання і зниження напруги можна управляти, варіюючи величини R1 і R2.

Напруга з конденсатора зазвичай подається на буферний каскад з високим вхідним опором. При необхідності воно додатково посилюється і використовується для виконання необхідної функції. Для практичної реалізації схеми залишається вибрати тип вимикачів: мова може йти про контакти реле, дискретних транзисторах (рис. 2.34б) або мікросхемі (наприклад, CD4016, яка містить чотири ключа). Сигнали управління можуть надходити від логічних вентилів, лічильників або від мікроконтролера.



Мал. 2.34. Принцип побудови генератора плавно змінюється напруги (а) і схема генератора на транзисторах (б)


2.6.4. Фазова автоподстройка частоти

Система фазового автопідстроювання частоти (ФАПЧ) являє собою пристрій, що дозволяє генерувати цифровий сигнал, по фазі збігається з опорним. Область застосування ФАПЧ досить обширна і охоплює радиоприем, частотне детектування, пристрої вибірки і т. Д.

Система ФАПЧ включає в себе два основних елементи (рис. 2.35а): фазовий компаратор і генератор, керований напругою (ГУН).



Мал. 2.35. Схема ФАПЧ (а)


Як компаратора використовується вентиль, що виконує логічну функцію виключає Або. Нагадаємо, що такий вентиль переходить в стан логічного нуля на виході, коли на його входах з'являються ідентичні сигнали. Генератор виробляє прямокутні імпульси, частота яких регулюється шляхом зміни напруги, що управляє. Сигнал генератора поступает на один из входов вентиля, а на второй вход подается опорный сигнал. В случае их несовпадения на выходе вентиля появляется импульс, передний фронт которого опережает фронт опорного сигнала или отстает от него (рис. 2.35б).



… и эпюры сигналов в точках схемы ( б )


После интегрирования импульс преобразуется в управляющее напряжение и поступает на вход генератора, что обеспечивает корректировку частоты сигнала на его выходе. При синхронизации сигналов выход вентиля находится в состоянии 0. Для индикации режима синхронизации к этому выходу обычно подключают светодиод.

Аналогичный способ применяется для индикации настройки радиоприемника на передающую станцию. Для того чтобы повысить гибкость и точность регулировки, между выходом генератора и входом компаратора включают делитель частоты (двоичный счетчик). Например, если частота опорного сигнала составляет 50 Гц и используется счетчик, включенный по схеме умножителя на 128 G бит), то генератор будет функционировать на центральной частоте 6400 Гц A28x50). Тогда при работе системы автоподстройки колебания частоты синтезируемого сигнала будут менее резкими. Микросхема CD4046, выполняющая функцию ФАПЧ, содержит весь набор описанных элементов, за исключением счетчика. Вопрос об использовании счетчика и о выборе его коэффициента деления должен решаться разработчиком устройства.

2.7. Применение интерфейсов

2.7.1. Согласование ТТЛ схемы с сигналом стандарта RS232

Стандарт RS232 (он определяет размещение выводов соединительных элементов типа DB9 и DB25) предполагает использование двух источников напряжения: -12 и +12 В. Однако для работы многих процессоров и периферийных устройств такое напряжение питания не требуется. В большинстве случаев допустимым можно считать диапазон напряжений от ±3 до ±12 В. При этом крайне редко возникает необходимость в отрицательном напряжении питания для цифровых схем.

Наибольшее число классических устройств питается от источников положительного напряжения 5 В. Проблема согласования уровней сигналов возникает каждый раз при использовании последовательного интерфейса. Для решения задачи выработано несколько подходов, требующих применения схем различного уровня сложности и стоимости. Чаще всего используется специализированная микросхема типа МАХ232 или один из ее аналогов, содержащих в обозначении цифры 232. Эта схема согласует уровни сигналов, передаваемых в двух направлениях по двум различным каналам. При ее использовании требуется подключение четырех внешних конденсаторов.

Простая схема для согласования ТТЛ устройств (с уровнями сигналов 0/5 В) со стандартом RS232 показана на рис. 2.36. Она содержит оптопару с двумя присоединенными к ней резисторами и обеспечивает полную гальваническую развязку между входом и выходом. Оптопара выполняет роль управляемого выключателя, который при зажигании светодиода входным сигналом соединяет последовательный вход интерфейса с источником напряжения 12 В, подключенным к одному из неиспользованных контактов разъема DB9 или DB25.



Мал. 2.36. Схема согласования с использованием оптопары


2.7.2. Согласование сигнала стандарта RS232 с ТТЛ схемой

Обсудив в предыдущем разделе преобразование сигнала ТТЛ устройств к уровню ±12 В, перейдем к рассмотрению обратной операции. В данном случае задача также может выполняться специализированной микросхемой, к которой добавлено небольшое число внешних компонентов. Более простая схема, содержащая транзистор и два резистора, приведена на рис. 2.37.



Мал. 2.37. Схема согласования на транзисторе


Информация, снимаемая со стандартного соединительного элемента, подводится к транзистору npn типа, включенному по схеме с общим коллектором. В состоянии логического нуля, когда линия имеет отрицательное напряжение, транзистор закрыт, а напряжение на эмиттере близко к нулю. При передаче по линии сигнала логической единицы транзистор насыщается и соединяет выход с источником питания, имеющим напряжение 5 В. В случае необходимости выходной сигнал согласующего устройства может быть подан на инвертор.


2.7.3. Генерирование импульса, совместимого со стандартом RS232

Нередко возникает необходимость передать условное сообщение от электронной схемы к микропроцессору. Примеры таких ситуаций: определение временного интервала, разделяющего два события, выполнение счета на заданном промежутке времени. Зачастую проще и быстрее написать небольшую программу (например, на языке BASIC), которая обеспечивает получение входных данных, более или менее сложные вычисления и хранение результатов в специальном файле, чем построить электронную схему для выполнения тех же задач. Рассмотренное ниже устройство состоит из простых компонентов и позволяет имитировать двоичное слово, совместимое по длительности со стандартом RS232.

По условию задачи на последовательный порт микрокомпьютера требуется отправить импульс, задаваемый с невысокой точностью, причем длительность этого импульса лежит в нужном интервале. Микропроцессор должен находиться в состоянии ожидания слова произвольного значения, поступление которого служит сигналом для запуска процесса измерений, вычислений или счета. Хронология передачи должна быть совместима со стандартом RS232. Например, при скорости передачи 9600 бод сигнал одного бита длится около 100 мкс. В этом случае любой импульс длительностью от 100 мкс до 9x100 мкс будет интерпретироваться как передача байта диапазона 00Н — FFH.

Тот же принцип можно применить и к другим скоростям передачи при соответствующих длительностях импульсов. Если имеется сигнал, отвечающий этому критерию, достаточно преобразовать его в соответствии со стандартом RS232 и передать по линии. В противном случае для задания требуемой длительности импульса можно использовать одновибратор, состоящий из двух логических вентилей (рис. 2.38). Одновибратор запускается в нужный момент импульсным сигналом или замыканием управляющего контакта. При выборе параметров схемы, определяющих длительность импульса, не следует ориентироваться на время, близкое к максимальному, так как появляется риск наложения сигнала данных на сигнал STOP, что вызовет ошибку передачи.



Мал. 2.38. Одновибратор


2.7.4. Использование стандартных соединительных элементов

При передаче данных в соответствии со стандартом RS232 нужны только две линии для однонаправленного соединения и три линии для двунаправленного. Однако фактически существует несколько дополнительных управляющих сигналов, которые редко используются на практике. При отсутствии этих сигналов соответствующие линии нельзя оставлять неподключенными, так как это может привести к появлению ошибочных сигналов. В таком случае нужно соединить между собой несколько выводов стандартного соединительного элемента последовательного интерфейса.

На схемах, представленных на рис. 2.39, показаны некоторые соединения, которые необходимы при использовании разъема DB9 и его более старого аналога DB25. Соединения выполняются по-разному в зависимости от того, предназначен ли интерфейс для связи двух компьютеров или для связи компьютера с нестандартной схемой. В последнем случае возможны различные варианты подключения, но всегда нужно следить за тем, чтобы вход одного устройства подключался к выходу другого.



Мал. 2.39. Использование разъемов DB9 и DB25

2.8. Джерела живлення

2.8.1. Защита против инверсии полярности

Когда какое-либо устройство питается от источника постоянного напряжения и включается лишь на короткое время (например, индикатор момента зажигания, применяющийся для диагностики двигателя внутреннего сгорания), возникает риск инверсии полярности. Последствия этого события нетрудно себе представить, особенно когда для питания используется мощный аккумулятор.

Если между напряжением питания и напряжением, необходимым для работы устройства, имеется существенная разница (не менее 2 В), то на входе схемы можно поставить выпрямительный мост (рис. 2.40). Тогда полярность напряжения на входе не будет играть никакой роли, хотя падение напряжения на диодах моста неизбежно приведет к потерям мощности. Схемы такого рода применяются только для малых мощностей. Как правило, их не используют для автомобильного радиоприемника и тем более для преобразователя 12/220 В.



Мал. 2.40. Схема защиты против инверсии полярности


2.8.2. Диодные выпрямители

Чтобы создать источник постоянного напряжения питания, используют однополупериодное или двухполупериодное выпрямление. Типичные схемы выпрямителей приведены на рис. 2.41.

Перший варіант (з одиночним діодом, рис. 2.41а) застосовується рідко через низький ККД і високих пульсацій вихідної напруги. Найбільш популярний двонапівперіодний мостовий випрямляч, що містить чотири діода (рис. 2.41б).

Багато трансформатори мають дві вторинні обмотки, які можна з'єднати послідовно, щоб отримати схему з середньою точкою і двома діодами (рис. 2.41в). Вона виконує ту ж функцію, що і мостовий випрямляч, але дешевше і займає менше місця. На рис. 2.41 г показана форма сигналів в різних точках: до випрямляча (А), на виході однополупериодного (В) і двухполуперіодного (С) випрямляча.



Мал. 2.41. схеми випрямлячів


2.8.3. Підвищення вихідної напруги

Інтегральні схеми стабілізаторів напруги з фіксованою вихідною напругою в основному потрібні для широко використовуваних значень. Для проміжних величин доводиться застосовувати регульовані стабілізатори, які не завжди знайдеш в потрібний момент. Однак можна змінити рівень на виході стабілізатора постійної напруги. Для цього треба змістити потенціал опорного електрода (для корпусів ТО220 це позитивний висновок, розташований посередині), приєднавши до нього один або декількох діодів (рис. 2.42а). Додавання кожного діода збільшує вихідну напругу приблизно на 0,6 В.

Таким чином, мікросхема 7812 в поєднанні з трьома діодами забезпечить вихідна напруга 13,8 В, необхідне для зарядки свинцевого акумулятора на 12 В.

Того ж ефекту можна домогтися при підключенні до опорного електрода подільника (відповідна схема і формула, що дозволяє розрахувати вихідну напругу, показані на рис. 2.42б). Регулювання коефіцієнта ділення з використанням потенціометра дає можливість відповідним чином змінювати напругу на виході.



Мал. 2.42. Схема підвищення вихідної напруги стабілізатора на діодах (а) і з використанням резистивного подільника (б)


2.8.4. Захисний діод

Хоча в стабілізаторі напруги є засоби захисту від перевантажень в різних режимах (а також захист від перегріву), він може вийти з ладу, якщо напруга на виході перевищить напругу на вході. Конденсатор великої ємності, включений на виході для згладжування пульсацій напруги, підсилює ризик такої ситуації при малому споживанні вихідного струму, особливо коли від вхідної напруги стабілізатора харчується інша частина схеми.

Аналогічний режим виникає, якщо стабілізатор використовується для зарядки акумуляторної батареї і в кінці цього процесу відбувається її перезарядка. Конденсатори, які розташовані після діодного моста, можуть розрядитися перш, ніж це відбудеться з конденсатором на виході стабілізатора. В такому випадку пристрій може вийти з ладу протягом десятих часток секунди. Тому на виході завжди ставиться конденсатор меншої ємності, ніж на вході. Для безпечної роботи між входом і виходом можна поставити захисний діод, через який від виходу схеми буде відводитися надлишковий струм (рис. 2.43).



Мал. 2.43. Захисний діод в схемі стабілізатора


2.8.5. Стабілізатор напруги в якості генератора струму

Прості схеми генератора струму наводилися вище. Стабілізатор напруги також може працювати в режимі генератора струму. З цією метою краще використовувати регульовану модель, наприклад LM317, що володіє невеликим внутрішнім опорним напругою високої стабільності. В даному випадку його величина становить 1,2 В. Для завдання струму досить включити послідовно з навантаженням резистор (рис. 2.44). Слід мати на увазі, що в цьому резисторі може виділятися значна потужність. Генератор струму використовується в самих різних областях, найчастіше він застосовується для зарядки нікель-кадмиевого акумулятора.



Мал. 2.44. Генератор струму з стабілізатора напруги


2.8.6. Підвищений вхідна напруга

Сьогодні рідко можна побачити джерело живлення малої або середньої потужності, в якому не використовувався б один з широко представлених на ринку інтегральних стабілізаторів. Діапазон їх параметрів дуже великий: моделі з позитивним і негативним вихідним напругою, постійним або регульованим, в корпусах типу ТО220 або ТОЗ. Вхідна напруга цих досить надійних компонентів не повинна перевищувати граничного значення, що становить, як правило, 40 В для стабілізаторів з вихідною напругою 24 В і 35 В - для інших типів.

Із урахуванням розсіюється правильніше говорити про допустиму різниці напруг між виходом і входом.

Так, мікросхема 7805, що має вихідну напругу 5 В і максимальний струм 1 А, при харчуванні від вхідної напруги 9 В розсіює потужність, рівну (9-5) х 1 = 4 (Вт). Стабілізатор з вхідною напругою 24 В і струмом 250 мА при вихідному напрузі 5 В повинен розсіювати потужність, приблизно рівну 4,75 Вт. При цьому необхідно подбати про охолодження пристрою.

Схема, дана на рис. 2.45, дозволяє використовувати для харчування стабілізатора напруга, що перевищує припустиме максимальне значення за рахунок включення на вході додаткового баластного резистора. При виборі типу резистора слід мати на увазі, що розсіюється їм потужність також досягає значної величини.



Мал. 2.45. Зменшення вхідної напруги


2.8.7. Бестрансформаторним джерело живлення

У деяких випадках низьке споживання енергії сучасними компонентами дозволяє здійснити харчування пристроїв від мережі без використання трансформатора. Знижувати напругу за допомогою резистивного подільника в даному випадку нераціонально, оскільки при цьому неминуче виділяється велика кількість тепла. Набагато краще використовувати схему, в якій основна частина напруги буде прикладена до конденсатора, який практично не споживає активної потужності (рис. 2.46).



Мал. 2.46. Бестрансформаторним джерело живлення


Споживаний від мережі струм буде визначатися ємністю конденсатора, точніше, його опором змінному струмі. Резистори, підключені паралельно конденсатору, забезпечують його розряд після відключення пристрою від мережі.

На висновках стабилитрона формується прямокутна напруга амплітудою 5,6 В. Діод і конденсатор служать для випрямлення і фільтрації цієї напруги. Максимальний струм, який можна отримати на виході такої схеми, становить близько 4 мА при ємності конденсатора 0,1 мкФ. Для збільшення струму використовується паралельне включення декількох конденсаторів (високі номінали зустрічаються рідко, такі конденсатори мають великі розміри).

Залишається додати два важливих зауваження. Робоча напруга конденсаторів ніколи не повинно бути нижче 400 В (краще брати компоненти з допустимою напругою 630 В). Оскільки така схема і всі підключені до неї елементи пов'язані з мережею 220 В, необхідно прийняти елементарні заходи безпеки. Зокрема, не слід використовувати металевий корпус або компоненти з вихідними назовні металевими деталями (осі потенціометрів і т. Д.). Крім того, під час налагодження не можна торкатися до включеної схемою.


2.8.8. Джерело негативного напруги

Іноді в пристрої необхідно створити негативне напруга щодо загальної точки, але з економічних міркувань або через нестачу місця не можна використовувати додаткове джерело живлення. Найчастіше при цьому висока точність і стабільність напруги не потрібні. До таких випадків відносяться, наприклад, завдання сполучення цифрового пристрою з послідовним колом стандарту RS232 або забезпечення симетричного харчування операційного підсилювача в пристроях обробки аналогових сигналів (мова, музика і т. Д.). Проста схема, наведена на рис. 2.47, цілком підходить для вирішення цих завдань.



Мал. 2.47. Отримання негативного напруги


На вхід подається будь прямокутний сигнал, наприклад сигнал з будь-якого дільника або тактового генератора. Можна використовувати також регулярну послідовність імпульсів, призначених для харчування індикатора або для управління пристроєм пам'яті. Отримане на виході схеми напруга по абсолютній величині трохи менше амплітуди прямокутного сигналу. У ТТЛ схемах воно становить приблизно 4,5 В. Струм, споживаний навантаженням, не повинен перевищувати декількох міліампер.


2.8.9. Джерело аварійного живлення

Іноді необхідно підтримувати живлення пристрою протягом деякого часу, навіть якщо напруга мережі відключається. Це важливо, наприклад, для цифрового годинника, які повинні вести безперервний рахунок часу. У разі короткочасного відключення живлення можна підключити до джерела напруги конденсатор великої ємності, дотримуючись при цьому необхідні запобіжні заходи. Набагато надійніше інший варіант, що не вимагає великих витрат: використання батарейки і діода, що запобігає протікання струму в зворотному напрямку (рис. 2.48). Таке рішення не потребують великого додаткового місця. Як встановити акумулятор (замість батарейки) виправданою лише в рідкісних випадках, наприклад для живлення мікроконтролера.



Мал. 2.48. Джерело аварійного живлення

2.9. управління двигуном

2.9.1. Зміна напрямку обертання двигуна

Важливе значення двигунів на постійному струмі полягає в тому, що вони можуть обертатися в обох напрямках - в залежності від полярності напруги живлення. Завдяки цьому радіокеровані моделі та іграшкові машини можуть рухатися вперед або назад, а електричні викрутки, що живляться від акумуляторів, загвинчують і відгвинчують гвинти і гайки.

Управління двигуном здійснюється за допомогою спеціального трипозиційного перемикача (з фіксацією або без в крайніх положеннях) або двох реле (рис. 2.49).

Перше реле з одним контактом забезпечує включення і зупинку двигуна. Друге реле, що має два контакти, дозволяє змінювати полярність подається на двигун напруги і напрямок його обертання. Управління реле здійснюється за допомогою двох логічних сигналів. Відзначимо, що любителі радіокерованих моделей все частіше застосовують електронні варіатори, які виконують аналогічні операції без допомоги реле і дозволяють регулювати швидкість обертання двигуна.



Мал. 2.49. Зміна напрямку обертання двигуна за допомогою перемикача (а) і контактів реле (б)


2.9.2. Повна бруківка схема управління обертанням двигуна

Повна бруківка схема (Н-подібний міст) містить чотири вимикача, з'єднаних послідовно-паралельно. Широко поширений електронний варіант моста, де зазвичай використовуються транзистори, що працюють в режимі перемикання. Така схема часто служить для керування двигуном постійного струму і дозволяє змінювати швидкість і напрямок обертання.

Схема, наведена на рис. 2.50а, ілюструє управління двигуном, який можна привести до одного з чотирьох різних станів: обертання в одному або в іншому напрямку, відключення і примусової зупинки (гальмування).



Останній варіант здійснюється шляхом одночасного замикання два нижніх вимикачів. В результаті відбувається закорочування обмотки двигуна. Схема часто використовується для управління двигунами в радіокерованих моделях. Послідовність сигналів повинна бути досить точною: потрібно уникнути одночасного замикання двох перемикачів в одній гілці, що призвело б до Закорочування джерела живлення. Щоб виконати цю умову, для формування керуючих сигналів зазвичай застосовується спеціальний пристрій. Шляхом періодичного переривання струму в гілках моста можна змінювати середнє значення струму, що протікає через двигун, а отже, і швидкість його обертання.

Іншим цікавим прикладом використання повної мостової схеми є генерація імпульсного сигналу, у якого повний перепад рівнів дорівнює подвоєною величиною напруги джерела живлення (рис. 2.50б).



Мал. 2.50. Мостова схема управління обертанням двигуна


Для вирішення цієї задачі періодично чергують струми в двох протилежних гілках, виконуючи вищевказане умова. Залежно від типу навантаження, включеної на виході моста (індуктивної або ємнісний), час паузи в подачі сигналів підбирають так, щоб струм встигав знизитися до приходу сигналу протилежної полярності. Описана схема може використовуватися для подачі сигналу підвищеної напруги на гучномовець або в вихідних каскадах інвертора,

Як переключающих елементів все частіше застосовуються МОП транзистори завдяки малому току, який використовується по ланцюгу управління. Однак перемикання потужних транзисторів є непростим завданням, оскільки для цього необхідно мати у своєму розпорядженні керуючою напругою близько 10 В відносно витоку, який в даному випадку є точкою з плаваючим потенціалом. Є кілька можливих варіантів розв'язання проблеми, зокрема подача сигналу через трансформатор, використання джерела живлення з незаземленим виходом або застосування спеціалізованих схем.

глава 3
Конструювання та збирання електронних пристроїв

Практична реалізація радіоелектронних пристроїв не менш важлива, ніж етап їх проектування. Функціонування пристрою залежить від різних чинників, таких як ефективне екранування і охолодження, раціональне розміщення компонентів і т. Д. Крім того, слід мати на увазі, що потреба в ремонті або вдосконаленні пристрою може виникнути через кілька років після початку його експлуатації, коли розробник вже багато про що забув. Можливо також, що ремонтом будуть займатися інші люди. Тому після завершення налагодження пристрою необхідно скласти його повну схему. В майбутньому це надасть неоціненну допомогу.

Матеріал цього розділу знайомить читачів з деякими принципами конструювання та прийомами складання радіоелектронних пристроїв. Ці відомості можуть стати в нагоді як любителям, так і професіоналам.

3.1. Пайка, і не тільки

3.1.1. Вибір і підготовка паяльника

Замість того щоб купувати паяльник професійного класу з регулюванням температури, можна придбати один звичайний невеликий паяльник хорошої якості з підставкою і другий - більш потужний. Перший інструмент буде призначатися для дрібних робіт (наприклад, для пайки друкованих плат), а другий - для більш серйозних (демонтаж великих компонентів, лудіння і т. Д.). Таким чином, кожен паяльник буде використовуватися тільки за призначенням при раціональному витрачанні ресурсу.

Перед початком пайки новий паяльник потрібно підготувати: надати необхідну форму робочої частини його жала і облуди її. Для цього кінець жала рекомендується спочатку викувати, а потім обробити напилком або наждачним папером. Наклеп уповільнює розчинення міді в припої і утворення раковин на жалі, які перешкоджають стіканню припою в місце пайки, погіршують тепловий контакт з ним і, отже, збільшують час пайки.

Жало паяльника на кінці має бути завжди облужени. Якщо воно вкрите окалиною, працювати важко - припій буде плавитися, але до поверхні жала не пристане. Перед облуговування паяльник розігрівають і очищають робочу поверхню жала каніфоллю. Перегріванню полотна перед чищенням каніфоллю неприпустимий. Покривати жало шаром каніфолі потрібно одразу ж, як тільки воно нагріється до температури плавлення каніфолі. Якщо ж паяльник перегрівся і зачищена частина покрилася шаром оксиду міді, то його необхідно остудити і знову обробити напилком. Потім слід розтерти жало, покрите шаром розплавленого припою, про підставку паяльника (якщо вона дерев'яна) або об поверхню невеликої дощечки, поки на ньому не з'явиться плівка припою. Відмінних результатів досягають, використовуючи спеціальну пасту (наприклад, ТТС-1) для швидкого та ефективного очищення і лудіння насадок паяльників.

Якщо жало покривається окалиною занадто швидко, значить, паяльник перегрівся. Знизити температуру жала можна, висунувши його трохи з корпусу паяльника або зменшивши напругу на паяльнику регулятором потужності.


3.1.2. починаємо паяти

Якість пайки багато в чому визначає нормальну і надійну роботу апаратури. З боку здається, що дуже просто відразу взятися за паяльник і, озброївшись необхідною кількістю припою і флюсу, приступити до пайки. Однак ця простота досягається виконанням деяких вимог. Для отримання міцного паяного з'єднання необхідно, щоб місце пайки було ретельно очищено від бруду, жирів, продуктів корозії і оксидних плівок. Тому перед пайкою поверхні деталей, що з'єднуються доцільно зачистити (наприклад, шліфувальною шкуркою, металевою щіткою і т. П.) І облуди. Міцна і красива пайка виходить не відразу, а тільки після практичного оволодіння секретами радіомонтажу.

Якщо припою для пайки потрібно небагато, то його переносять залуженим кінцем паяльника. Добре прогрів місце спаю (добившись розтікання припою), віднімають паяльник. Остигаючи, припій скріплює деталі. При нормальному прогріванні місце спаю виходить світлим і блискучим.

При роботі недостатньо нагрітим паяльником припій на з'єднуються поверхнях швидко остигає і перетворюється в кашоподібну масу. Місце спаяний матове, шорстке. В результаті пайка виходить нетривкою і через якийсь час з'єднання порушиться. Таку пайку називають «холодної».


3.1.3. Вибір припою і флюсу

Для початку слід правильно вибрати припой і флюс. Від цього в першу чергу залежить якість і надійність пайки. Рекомендуется применять припой с низкой температурой плавления ПОС-61 (температура плавления 190 °C), ПОСК-50 (145 °C), ПОСВ-30 (130 °C) и др. Чтобы припой лучше растекался, место пайки прогревают в течение 2–3 с. В качестве флюса лучше использовать канифольный лак, а не твердую канифоль. При пайке печатных проводников желательно пользоваться жидким флюсом, который наносят на место пайки с помощью кисточки или дозатора, не допуская его попадания на другие радиодетали.


3.1.4. Облуживание выводов

Чтобы пайка была прочнее, выводы деталей до установки на плату рекомендуется облудить. Делать это следует непосредственно перед самой пайкой. Вывод зачищают монтажным ножом, кладут на кусочек канифоли или смачивают жидкой канифолью), прикладывают паяльник и покрывают вывод слоем канифоли. Затем большую часть вывода (но не ближе 10 мм от корпуса детали) опускают в расплавленный кусочек припоя и, поворачивая деталь, облуживают. Потемневшие выводы радиоэлементов следует зачистить до блеска, лудить их необязательно. Выводы деталей до установки на плату загибают таким образом, чтобы была видна маркировка. Это пригодится, когда вы будете настраивать устройство и разбираться в ошибках монтажа.


3.1.5. Красивая пайка

Чтобы спаять выводы двух деталей, их плотно прижимают друг к другу. Жалом паяльника берут капельку припоя, опускают жало в канифоль (либо заранее наносят на место пайки жидкую канифоль) и тут же прикладывают его к выводам. Прогрев место пайки, нужно равномерно распределить по нему припой. Чтобы пайка выглядела изящнее, количество припоя должно быть минимальным. Продолжительность этой операции должна составлять 3–5 с. Паяльник убирают, и до полного застывания припоя (примерно 5–8 с) детали нельзя шевелить, это может повредить пайку, и она будет некачественной. Остатки канифоли в месте пайки удаляют спиртом, бензином или ацетоном.


3.1.6. Пайка выводов

Чаще всего приходится припаивать выводы деталей и концы соединительных проводников к медным заклепкам или монтажным шпилькам, установленным на плате, токопроводящим дорожкам печатной платы, различным металлическим лепесткам. На рисунках показаны примеры пайки. Припаивая, например, проводник к пустотелой заклепке (рис. 3.1а), его конец пропускают в отверстие заклепки, отгибают, удаляют излишек провода кусачками, а затем пропаивают провод с заклепкой так, чтобы припой полностью заполнил отверстие заклепки. Так же припаивают скрученные концы двух проводников (рис. 3.1б) или выводы двух деталей (рис. 3.1 в).



Мал. 3.1. Припаивание к пустотелой заклепке одного проводника ( а ), двух скрученных проводников ( б ) и выводов двух деталей ( в )


3.1.7. Пайка деталей на плату

Бывает, что на плате установлены монтажные шпильки из толстого медного провода, тогда конец вывода детали загибают вокруг шпильки колечком (рис. 3.2а), а затем припаивают к шпильке. Если к той же шпильке припаивают второй вывод или соединительный проводник, его конец также изгибают колечком. При пайке вывода детали в отверстии печатной платы край детали должен выступать над соединительной дорожкой из фольги на 2–3 мм (рис. 3.26). Лишнюю часть вывода можно удалить и после пайки. Сам вывод желательно предварительно изогнуть с помощью круглогубцев (рис. 3.2в).



Мал. 3.2. Пайка деталей на печатную плату


Обратите внимание, что губки круглогубцев необходимо располагать ближе к корпусу детали, а вывод сгибать с противоположной стороны. Выполнение этого требования предотвратит обрыв вывода детали в точке крепления к корпусу. Чтобы не перегреть деталь во время пайки вывода, следует пользоваться теплоотводом, роль которого могут выполнять пинцет, круглогубцы или плоскогубцы, которыми удерживают вывод детали.


3.1.8. Удлинитель жала

Если требуется паять детали на миниатюрной плате в условиях плотного монтажа, а под рукой нет паяльника с тонким жалом, то из медной проволоки диаметром 2–3 мм можно самостоятельно изготовить простое приспособление — удлинитель жала паяльника (рис. 3.3). Конец удлинителя зачищают и облуживают так же, как и жало паяльника.



Мал. 3.3. Удлинитель жала паяльника


3.1.9. Пайка алюминия и его сплавов

В настоящее время в электробытовой технике широко используется алюминий, как, например, алюминиевые электрические провода в трансформаторах-стабилизаторах напряжения и т. п. Поскольку алюминий и его сплавы, соприкасаясь с воздухом, быстро окисляются, обычные методы пайки не дают удовлетворительных результатов. В промышленности и ремонтной практике для пайки монтажных элементов из алюминия и его сплавов, а также соединения их с медью и другими металлами применяют припои марок П150А, П250А и П300А. Пайку производят обычным паяльником, жало которого прогрето до температуры 350 °C, с применением флюса, представляющего собой смесь олеиновой кислоты и йодида лития. Ниже описываются различные способы пайки алюминия оловянно-свинцовыми припоями ПОС-61, ПОС-50, ПОС-90.

Первый способ. Для спаивания двух алюминиевых проводов их предварительно залуживают. Для этого конец провода покрывают канифолью, кладут на шлифовальную шкурку (со средним зерном) и горячим залуженным паяльником, прижимают к шлифовальной шкурке, при этом паяльник от провода не отнимают и на залуженный конец все время добавляют канифоль. Чтобы хорошо залудить провод, все операции приходится повторять много раз. Затем пайка идет обычным порядком. Лучшие результаты получаются, если вместо канифоли применяется минеральное масло для швейных машин или щелочное масло (например, для чистки оружия после стрельбы).

Второй способ. Зачищенное и обезжиренное место пайки покрывают с помощью паяльника тонким слоем канифоли, а затем сразу же натирают таблеткой анальгина. После этого надо залудить поверхность припоем ПОС-50, прижимая к ней с небольшим усилием жало слегка перегретого паяльника. С залуженного места ацетоном смывают остатки флюса, еще раз осторожно прогревают и снова, смывают флюс. Пайку деталей производят обычным образом.

Учтите, что такое соединение нельзя использовать в условиях повышенной влажности, так как эти металлы не являются совместимыми и образуют гальванические пары.


3.1.10. Токопроводящий клей

В некоторых случаях, когда электрический контакт необходим, а пайка затруднительна, а то и вообще невозможна, для соединения деталей удобно использовать токопроводящий клей, который можно приобрести в любом радиомагазине. Этот клей может быть использован там, где требуется прочное соединение с достаточной электрической проводимостью. Им можно, например, приклеивать графитные электроды к алюминиевым мембранам в телефонных капсюлях, выводы к пьезоэлектрическим кристаллам, различные металлические детали и т. п.

Можно самостоятельно приготовить электропроводящий клей, не включающий в себя дефицитные компоненты (порошковое серебро и полимерные связующие). Для этого необходимы медные опилки, графитовый порошок самого тонкого помола и связующее вещество, например лак или клей.

Медные опилки легко получить, обработав кусок меди мелким напильником. Графит можно настрогать ножом с угольной щетки любого коллекторного электродвигателя или с графитового стержня круглого элемента питания. Связующее вещество должно быть по возможности более жидким. Сначала смешивают две части медного порошка и одну часть графита (по массе), затем добавляют связующее до тех пор, пока не будет достигнута требуемая консистенция, — и клей готов. В качестве связующего вещества очень эффективен кедровый лак для художественных работ. Он достаточно жидкий и при высыхании не изолирует проводящие частицы одну от другой. Можно использовать и другой масляный лак или клей, предварительно разбавив его растворителем. Прежде чем применять проводящую массу, следует на каком-либо образце испытать прочность клеевого шва и его проводимость. Если связующим выбран лак, прочность шва будет не очень высока.

В следующем рецепте используется смесь клея «Момент» и графитового порошка, полученного после обработки коллекторной графитовой щетки надфилем с мелкой насечкой. Концентрацию порошка лучше всего подобрать опытным путем. При этом следует помнить, что чем больше графита, тем меньше контактное сопротивление, но тем гуще получится смесь и труднее будет ее наносить. Если электрическое сопротивление склейки не превышает 30 кОм, клей можно считать годным.


3.1.11. Электросварка деталей

Иногда требуется гальванически соединить какие-либо детали без нагревания. Например, чтобы собрать батарею из дисковых аккумуляторов, необходимо снабдить их соединительными выводами-перемычками. В подобных случаях можно применить «точечную» электросварку.

Для этого нужно собрать маломощное сварочное устройство, состоящее из соединенных параллельно пяти дросселей от арматуры люминесцентных осветительных ламп мощностью 40 Вт. К одному выводу этой батареи дросселей подключен изолированный проводник с зажимом «крокодил» на конце, а к другому — такой же проводник, второй конец которого соединен с одним из штырей сетевой вилки. Все соединения проводников должны быть надежно изолированы. Ко второму штырю сетевой вилки прикреплен проводник, свободный конец которого очищен от изоляции на длину 20–25 мм. Проводники должны быть как можно короче, с сечением по меди не менее 0,75 мм 2 .

Для работы понадобится также плавкая перемычка — отрезок длиной 50-100 мм неизолированного медного провода (можно луженого) диаметром около 0,3 мм. Перемычка при выполнении каждого сварочного соединения перегорает, и ее нужно заменять. Работать следует крайне осторожно, пользуясь защитными очками и хлопчатобумажными перчатками.

Сварка производится следующим образом. Деталь, к которой надо присоединить вывод, надежно фиксируют в зажиме, укладывают на пластину из негорючего изоляционного материала (например, асбеста) и прижимают массивным предметом. Один конец проволочной перемычки плотно наматывают (7-10 витков) на оголенный участок сетевого проводника, а второй — на привариваемый к детали вывод, которым может служить отрезок медного провода диаметром 0,5–0,6 мм.

Соблюдая все меры электробезопасности, зажим «крокодил» соединяют с деталью как можно ближе к месту сварки. Вилку устройства включают в сеть и, используя плоскогубцы с изолированной ручкой, вторым выводом касаются детали. Перемычка мгновенно сгорает, а вывод приваривается к детали. Если в вашей квартире около электросчетчика установлены плавкие предохранители (пробки), то они могут перегореть. Поэтому их лучше заменить автоматическими. Работа будет более безопасной, если на сгораемую перемычку надеть тонкую ПВХ трубку.


3.1.12. Выбор инструмента

Как правило, любители могут обойтись без дорогостоящих инструментов, используемых в профессиональных радиомастерских. Иногда разумнее купить две недорогие модели, которые отвечали бы различным требованиям. В частности, на рынке имеется широкий выбор небольших высококачественных кусачек. Но они быстро выходят из строя при перекусывании прочного провода сечением 4 мм 2 . Для выполнения таких действий можно использовать более мощные недорогие кусачки, непригодные для выполнения тонких операций.


3.1.13. 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. 3.4).



Мал. 3.4. Отвертка для настройки


Необходимо следить за тем, чтобы отвертка, используемая для регулировки переменного конденсатора, не была намагничена (это не столь важно при настройке переменного резистора). Иначе можно сбить регулировку и даже нарушить работу схемы. В этом случае следует выбирать отвертку из немагнитного материала (например, из алюминия или латуни) или диэлектрическую (из пластика).

3.2. Монтажные провода

3.2.1. Протягивание провода через отверстие

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


3.2.2. Выбор сечения провода

При выборе провода надо учитывать в первую очередь напряжение, при котором они будут работать, и ток нагрузки. Для устройств, работающих со значительными токами, очень важно выбрать сечение провода. При решении этой задачи можно воспользоваться параметрами, представленными в табл. 3.1, где приведено рекомендуемое сечение провода в зависимости от его длины и максимального тока.



При выборе по длительно допустимому току его величину (в амперах) можно определить, умножив номинальную мощность электроприемника (в киловаттах) на 4,5. Это приблизительное значение тока нагрузки можно принять, так как нельзя подобрать провод, имеющий абсолютно такой же длительно допускаемый ток, какой получается при точном расчете. Сечение провода также выбирается с запасом.

Перегрузка провода током приводит, прежде всего, к обгоранию изоляции у мест присоединения проводов к аппаратам или к электроприемникам. Возможно обгорание не только изоляции проводов, но и деталей корпусов, к которым крепятся токоведущие части, или панелей зажимов приборов. Устранить это явление можно только заменой провода. При перегрузке током могут загореться и сами провода.


3.2.3. Выбор типа провода

Надежная работа провода зависит также от его правильного выбора по условиям внешней среды. Каждый тип провода предназначен для определенных способов прокладки, которые следует учитывать. Как правило, изолированные провода не прокладываются незащищенными. При контакте с водой обычно выходят из строя провода с резиновой изоляцией в хлопчатобумажной оплетке. Кроме воды на резиновую изоляцию влияют нефтепродукты, что приводит к ее разбуханию и утрате всех необходимых свойств. Поэтому при возможности подобного воздействия лучше применять провода с пластмассовой изоляцией.

Отрицательная температура приводит к отвердеванию изоляции, особенно пластмассовой, что приводит к ее растрескиванию и отколу при изгибе проводов. Это нужно учитывать при выборе проводов для передвижных механизмов.


3.2.4. Возможные повреждения провода

Надежность провода обусловлена его рабочим состоянием после монтажа, а также условиями окружающей среды при эксплуатации. Во время монтажа провода могут быть повреждены при неосторожном обращении. При изготовлении провода наматываются на катушки или в моток. При отматывании провода с жесткой изоляцией собираются в кольца, и если их растянуть, не расправляя, то будет перегиб или излом. Провод в этом месте будет ненадежным, поэтому его применять нельзя. Могут быть и другие повреждения изоляции и токоведущих жил при монтаже.

Через поврежденную изоляцию к токоведущим жилам может проникать влага, содержащая агрессивные примеси, или воздух с агрессивными газами, что приводит к коррозии металла провода. В таких случаях лучше всего заменить провод, а если он большой длины, то приходится вставлять новый участок. Если провод недоступен для замены, то его следует отсоединить, а новый проложить в доступном месте.

Следует учитывать возможность повреждения проводов грызунами, которые перегрызают любую изоляцию. Насекомые также не все безобидны. Мухи и тараканы, забираясь между контактами и в зазоры, могут нарушать работу аппаратов. Для предотвращения этого места ввода проводов в корпуса приборов нужно уплотнять или замазывать различными составами.


3.2.5. Облуживание провода

Провод облуживают каждый раз перед тем, как вставить его 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.


3.2.6. Сращивание проводов

Часто нужно удлинить провод или соединить несколько проводов внутри одного корпуса. Сращивание можно выполнить разными способами.

Можно сначала скрутить провода, а затем спаять их. 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, фиксируемой посредством бандажа. При необходимости провода вблизи места соединения прикрепляют к специальной опоре или печатной плате.

Если при монтаже нужно срастить два проводника, совсем не обязательно скручивать их концы. Проще сложить их на длине 6–8 мм и с, паять. При этом соединение будет менее надежным, чем при скрутке. Но если соединение не будет подвергаться механическим воздействиям, то этот вариант вполне допустим. Когда же надо соединить проводники под прямым углом, конец одного проводника можно согнуть, прижать к другому проводнику и спаять. При соединении нескольких деталей или проводников с общим проводом места пайки следует располагать на некотором расстоянии друг от друга, чтобы при замене какой-либо детали в дальнейшем не страдали пайки остальных.


3.2.7. Опасность некачественного соединения

Плохо выполненное соединение может привести к тому, что ток, проходящий через него, вызовет искрение в ненадежных зажимах и, как следствие, перегорание проводников. Детали слабого зажима нагреваются и окисляются, что еще больше увеличивает сопротивление и нагрев.

Нагрев присоединительных зажимов аппарата может быть и из-за того, что применены провода меньшего сечения, чем нужно, которые, нагреваясь, нагревают сам зажим. Причина может быть также в неправильно или небрежно выполненном зажиме. Нагрев концов проводов может быть также в месте контакта провода с наконечником и при нормальной величине тока. В таком случае опрессовка наконечника не помогает и наконечник нужно отрезать от провода и поставить другой, а если его нет, то временно провод можно присоединить без наконечника, согнув кольцом, что будет надежнее, чем с нагревающимся наконечником.

Увеличение сопротивления в зажимах заземляющих проводников ведет не только к повышению напряжения прикосновения, но и к пожарной опасности из-за нагрева зажима и его искрения. Следует учитывать возможность перегрева аппаратов и от нагрева рабочих контактов и мест их крепления из-за повышения сопротивления в месте касания контактов. Это сопротивление может быть повышено при неплотном касании контактов и, как следствие, от их окисления. От нагрева может произойти не только перегорание и замыкание токоведущих частей, но частичное или полное сгорание пластмассовых деталей и корпусов аппаратов, что способно привести к пожару.


3.2.8. Соединение проводов высокого сопротивления

Для соединения проводов из сплавов высокого сопротивления (нихром, константан, никелин, манганин и др.) есть несколько простейших способов сварки без применения специального инструмента. Концы свариваемых проводов зачищают, скручивают и пропускают через них ток такой силы (для этого лучше использовать автотрансформатор), чтобы место соединения накалилось докрасна. На это место пинцетом кладут кусочек ляписа (нитрата серебра), который расплавляется и сваривает концы проводов.

Если диаметр свариваемой проволоки из сплава высокого сопротивления не превышает 0,15-0,2 мм, то на ее концы наматывают тонкую медную проволоку (диаметром 0,1–0,15 мм), причем с реостатной проволоки изоляцию можно не удалять. Затем соединенные таким образом проволочки накаляют на пламени горелки. Медь при этом начинает плавиться и прочно соединяет оба реостатных провода. Оставшиеся концы медной проволоки отрезают, а место сварки изолируют, если нужно. Этот способ можно применять и для соединения медных проводов с проводами из сплавов высокого сопротивления.


3.2.9. 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.


3.2.10. Медные обмоточные провода

Для обмоток трансформаторов, дросселей, электромагнитных реле, катушек колебательных контуров применяют медные обмоточные провода. Диаметр провода определяется плотностью тока, сопротивлением обмоток, соображениями удобства намотки и надежностью. Очень тонкие провода (диаметром менее 0,07 мм) не так надежны, значительно дороже и усложняют намотку.

Вид изоляции провода выбирают в зависимости от рабочей температуры обмотки, требуемой электрической прочности, допускаемого коэффициента заполнения окна провода. В приборах и трансформаторах полупроводниковой аппаратуры, предназначенных для работы в нормальных условиях, обычно используют провода в эмалевой изоляции (марки ПЭЛ, ПЭВ и др.). При высоких требованиях к надежности аппаратуры рекомендуются провода с двуслойной изоляцией (ПЭВ-2, ПЭВТЛ-2, ПЭЛР-2 и др.). Провода с комбинированной изоляцией применяются при повышенных механических нагрузках в процессе намотки или эксплуатации аппаратуры. Провода марки ПЭВТЛ отличаются сравнительно высокой стойкостью к нагреванию и большим сопротивлением изоляции. Их можно залуживать, погружая в расплавленный припой, а также при помощи паяльника без предварительной зачистки и применения флюсов.

Для изготовления бескаркасных обмоток используются провода марки ПЭВД с дополнительным термопластичным покрытием из лаков на поливинилацетатной основе. Но помните, что при нагреве до температуры 160–170 °C в течение 3–4 ч витки склеиваются.

Провода могут иметь покрытие (изоляцию) из эмали, волокнистых материалов или комбинированное. Эмаль обладает лучшими электроизоляционными свойствами, чем волокнистые материалы, кроме того, диаметр эмалевых проводов намного меньше. Электроизоляционные свойства капронового волокна и натурального шелка несколько выше, чем хлопчатобумажного волокна. Капроновое волокно превосходит натуральный шелк по стойкости к истиранию и воздействию растворителей (бензин, бензол, минеральные масла и т. п.).


3.2.11. Высокочастотные обмоточные провода

Высокочастотные обмоточные провода (литцендраты) предназначены для изготовления высокочастотных катушек индуктивности с большой добротностью. Эти провода представляют собой пучок эмалевых проволок диаметром 0,05; 0,07; 0,1 или 0,2 мм, перевитых особым способом. Весь пучок обычно покрывают волокнистой изоляцией. Благодаря определенному расположению проволок в пучке ослабляется поверхностный эффект (вытеснение тока к поверхности провода под воздействием магнитного поля, возникающего при протекании тока) и, следовательно, уменьшается сопротивление провода токам высокой частоты. Провода марок ЛЭП и ЛЭПКО перед лужением не требуют зачистки и применения каких-либо травильных составов.


3.2.12. Диаметр провода

Если нужно определить диаметр провода, а под рукой нет микрометра, то можно поступить следующим образом. Надо на круглый стержень, например на карандаш, плотно намотать несколько десятков витков провода и линейкой измерить длину намотки. Диаметр провода (приблизительно) получим, если разделим длину намотки в миллиметрах на количество витков. Чем больше витков, тем точнее будет результат.

3.3. Изоляционные трубки

3.3.1. Трубка ПХВ

Полихлорвиниловые трубки (ПХВ), например, ХВТ-5, могут заменять изоляционную ленту для защиты отдельных проводов или жгутов проводов при их вводе в корпуса аппаратов, двигателей, в металлические трубы. Цифра, стоящая после буквенного индекса означает внутренний диаметр трубки в миллиметрах. Их еще называют кембриками.

Стоит взять за привычку сохранять отрезки хлорвиниловой изоляции, которые остаются после зачистки проводов и кабелей. В результате у вас появится 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).


3.3.2. Термоусадочная трубка

Термоусадочная трубка используется так же, как и трубка ПХВ. Ее отличительной особенностью является то, что она при нагревании способна сжиматься и плотно изолировать соединение. 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.

3.4. Соединители

3.4.1. 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.


3.4.2. Байонетные коаксиальные соединители

Сборка кабеля, снабженного байонетным соединителем BNC (СР-50) 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 типа RCA (тюльпан) и использовать переходник на байонетный соединитель (рис. 3.5). Такой комплект обойдется дешевле, чем сам соединитель, а изготовленный кабель можно будет подключать к разъемам двух типов.



Мал. 3.5. Коаксиальное соединение: переходник ( а ) и коаксиальный штырь ( б )


3.4.3. 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. 3.6).



Мал. 3.6. Монтаж наконечника


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.


3.4.4. Монтаж соединителя ленточного кабеля

Осуществление большого числа соединений между материнской платой и периферийными устройствами персонального компьютера (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.


3.4.5. 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. 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.

3.5. вимикачі

3.5.1. Блок переключателей

Для кодирования адреса или программирования двоичного слова на печатной плате 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. Подобный элемент занимает даже меньше места, чем блок выключателей, а маркировка состояний отчетливо видна (по наличию перемычек). Цена такого переключателя незначительна, особенно если используются разъемы плат, вышедших из строя.


3.5.2. 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.


3.5.3. Клавишные выключатели

Во многих устройствах для управления применяются клавиши с четырьмя выводами, соединенными попарно для облегчения операции матрицирования. Корпус клавишного выключателя неквадратной формы может иметь два варианта размещения выводов (рис. 3.7). Поэтому перед разработкой печатной платы нужно приобрести клавиши определенного типа или предусмотреть различные варианты соединений.



Мал. 3.7. Размещение выводов клавишного выключателя

3.6. Монтаж электрических схем

3.6.1. 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 (табл. 3.2), применяемый при маркировке резисторов и конденсаторов. Например, к первому выводу нужно 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.



3.6.2. Порядок монтажа печатной платы

Сборку печатной платы начинают с установки элементов, требующих механического крепления. При этом приходится иногда расширять отверстия и пазы, а делать это с уже размещенными деталями неудобно. Устанавливаемые радиодетали не должны иметь на корпусе царапин, трещин, вмятин или каких-то других механических повреждений. Даже если при тестировании они функционируют исправно, это еще не значит, что их работа продлится долго. На плате детали располагают так, чтобы они не касались друг друга.

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. 3.8а). Например, можно начать с размещения на плате всех перемычек, затем прижать к плате лист пенопласта и перевернуть ее для выполнения пайки (рис. 3.86). 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. 3.8в).



Мал. 3.8. Монтаж компонентов на плате: неправильный ( а , в ) и правильный ( б )


3.6.3. Монтаж мощных компонентов

Мощные транзисторы, симисторы и тиристоры в корпусе ТО220 (и ему 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 теплопроводная паста типа КТП-8. Между корпусом и радиатором необходимо установить диэлектрическую теплоизоляционную прокладку.

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. 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 (кстати, у транзисторов это не всегда коллектор).

Существует и другая, менее распространенная технология изоляции для корпусов ТО220. Компонент прижимают к радиатору, подложив 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. 3.9).



Мал. 3.9. Крепление двух корпусов ТО220


Следует отметить, что соединительный провод можно припаять непосредственно к основанию корпуса ТО220. Предварительно место пайки нужно зачистить и облудить, избегая лишнего нагрева.


3.6.4. Облегчение 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 контакта месте, не дает достаточной информации о состоянии каскадов. Для успешного тестирования необходимо последовательно подключать щуп осциллографа к входам или выходам различных каскадов (рис. 3.10а). В серийных устройствах для этой цели специально предусматривают участки металлизации с удобным доступом, которые обозначаются на плате и в схеме как ТР1, ТР2 и т. д. 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. 3.10б показан пример неудачного размещения резистора, когда нужная контрольная точка недоступна, и дан вариант более удобного монтажа того же элемента (рис. 3.10в).



Мал. 3.10. Контрольная точка на электрической схеме ( а ), неправильное ( б ) и правильное ( в ) размещение контрольной точки на печатной плате


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


3.6.6. Пайка компонентов

Во время пайки необходимо следить за тем, чтобы жало паяльника не касалось печатных проводников, поскольку это, как правило, приводит к выгоранию проводника. Для пайки транзисторов желательно иметь низковольтный паяльник на 6 или 12 В, присоединяемый через понижающий трансформатор, мощностью около 40 Вт. Можно пользоваться и обычным паяльником, но нужно сначала «го нагреть, а потом отключить и паять.

Выводы транзистора, если позволяет его конструкция, нужно оставлять не короче 15 мм, изгибать их не ближе 10 мм от корпуса, изгиб должен быть плавным. Температура нагрева контактного слоя транзистора не должна превышать 75 °C, поэтому для отвода тепла при пайке выводы у корпуса нужно держать плоскогубцами или пинцетом. Паяльник необходимо располагать по возможности дальше от транзистора, а пайку заканчивать быстрее. Жало паяльника нужно зачистить и покрыть припоем, который должен быть легкоплавким. Желательно применение пистолетных паяльников, которые включаются только во время пайки.

Окончив пайку, выступающие выводы деталей укорачивают и растворителем смывают остатки канифоли, что позволяет проконтролировать качество монтажа: на плате не должно оставаться капель припоя и междорожечных замыканий. Смонтированную плату желательно отмыть спиртом, пользуясь небольшой жесткой кистью, а затем покрыть канифольным лаком. Такое покрытие, как ни странно, весьма влагостойко и сохранит «паяемость» платы долгие годы, что удобно при ремонте и доработке устройства.

В связи с тем что сила сцепления печатного проводника с изоляционной платой невелика, не рекомендуется проверять прочность пайки, подергивая припаянную деталь, так как при этом можно оторвать ее вместе с проводником. Если печатный проводник отслаивается, его приклеивают к основе платы клеем БФ-2. Для этого проводник со стороны, обращенной к плате, и саму плату тщательно очищают от канифоли и оксидов (вначале спиртом или ацетоном, затем мелкой шкуркой) и смазывают тонким слоем клея. Примерно через 10 мин клей наносят вторично (только на плату) и прижимают проводник к плате жалом паяльника, нагретым до температуры 120–150 °C.


3.6.7. Монтаж ЖКИ

Часто вызывает трудность подключение жидкокристаллического индикатора с напыленными на стекло выводами, но без резиновой контактной гребенки. Это проще, чем кажется.

Для начала нужно заготовить необходимое количество облуженных отрезков провода диаметром 0,1–0,2 мм. Контактную поверхность индикатора протрите спиртом и хорошо высушите. На напыленные контактные площадки индикатора наложите проволочные выводы, нанесите по капле дящего клея и выдержите при комнатной температуре 1,5–2 суток. Желательно, чтобы выводы плотнее прилегали к контактным площадкам. Затем узкой отверткой тщательно удалите под увеличительным стеклом возможные замыкания. Это и будут проволочные выводы, которые затем можно паять.


3.6.8. Монтаж ИС

Монтаж интегральных микросхем представляет наибольшую трудность. Их стоимость достаточно высока, а вывести их из строя очень легко. Микросхемы следует паять за кончики выводов, вставляя выводы в монтажные отверстия не до упора, а лишь до выхода со стороны пайки на 0,5–0,8 мм, это облегчит их демонтаж в случае ремонта и уменьшит вероятность замыканий в двусторонних платах. Под микросхемы в металлических корпусах следует подложить бумажные прокладки и приклеить их к плате канифольным лаком.

Во время пайки нельзя перегревать корпус микросхемы. Поэтому следует использовать припой с температурой плавления не более 260 °C, мощность паяльника не должна превышать 40 Вт, длительность пайки одного вывода — не более 5 с, а промежуток времени между пайками выводов одной микросхемы должен быть не менее полминуты. Если ведется монтаж нескольких микросхем, то сначала паяют первый вывод первой микросхемы, затем первый вывод второй и т. д., далее второй вывод первой микросхемы, второй вывод второй и т. д. Благодаря такому приему микросхемы успевают остывать между пайками.

Микросхемы КМОП могут быть выведены из строя разрядом статического электричества, который, как правило, скапливается на одежде. Чтобы этого не случилось, жало паяльника и руки радиомонтажника необходимо заземлять. Монтаж микросхемы может быть выполнен печатным способом, проводами или комбинированно. Печатный способ монтажа следует применять в том случае, если вы уверены, что схема работоспособна, а также при изготовлении нескольких одинаковых устройств на одинаковых платах. При пайке проводами удобнее использовать провода в тугоплавкой изоляции: многожильный типа МГТФ 0,07-0,12 мм2 или одножильный луженый 0,25-0,35 мм2. Сначала на вывод микросхемы в 1–1,5 витка наматывают провод, а затем производят пайку. Этот метод хорош тем, что позволяет неоднократно перепаивать провода, а такая необходимость может возникнуть при наладке устройства.

При комбинированном способе монтажа выводы микросхемы припаивают к контактным площадкам, а в отверстия контактных площадок впаивают проволочные проводники.

Неиспользуемые выводы микросхем ТТЛ следует объединять в группы по 10 штук и подключать к положительной шине питания через резистор 1–1,5 кОм; неиспользуемые выводы микросхем КМОП можно непосредственно подсоединять к плюсовой шине.


3.6.9. Помехозащищенность схем с ИС

Чтобы обеспечить достаточную помехозащищенность, между шинами питания следует устанавливать конденсаторы типов КМ-6, К10-7, К10-17 емкостью 0,1–0,047 мкФ из расчета один конденсатор на два-три корпуса микросхем. Особое внимание при этом необходимо уделять устройствам, имеющим в своем составе микросхемы памяти, триггеры, счетчики и т. п.


3.6.10. Использование витой пары

Соединительные провода в длину не должны превышать 20–30 см. Если же требуется передать сигнал на большее расстояние, используют так называемые витые пары. Скручивают два провода, по одному из них подается сигнал, а второй заземляют (соединяют с общим проводом) с обоих концов. Целесообразно также концы сигнального провода подключить к плюсовой шине через резисторы 1 кОм (для ТТЛ микросхем) или 100 кОм (для КМОП микросхем). Длина проводов витой пары может составлять 1,5–2 м.


3.6.11. 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 фирмы 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.

3.7. Изготовление печатной платы

3.7.1. 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.


3.7.2. Подготовка топологии печатной платы

Прежде чем приступить к разработке рисунка печатной схемы, необходимо запомнить, что расположение компонентов может определяться как заданными параметрами, так и критичностью размещения некоторых элементов (это позволит предотвратить побочные эффекты, например, помехи). Чаще всего рисунок проводников представляет собой такую интерпретацию принципиальной схемы, которая с учетом электрических характеристик имеет хорошие механические свойства и достаточна проста. Маркировка компонентов и выходных контактов на рисунке платы должна соответствовать маркировке электрической схемы, это значительно упрощает сборку и последующую проверку устройства.

Проектировать печатные платы наиболее удобно в масштабе 2:1 на миллиметровке или другой бумаге, на которой нанесена сетка с шагом 5 мм. При проектировании в масштабе 1:1 рисунок получается мелким, плохо читаемым, и поэтому при дальнейшей работе над печатной платой неизбежны ошибки. Масштаб 4:1 — другая крайность: с большим чертежом неудобно работать. Сначала нарисуйте контуры платы. Лучше, если ее габариты будут соответствовать размерам какого-либо готового корпуса.

Все отверстия под выводы деталей в печатной плате целесообразно размещать в узлах сетки, что соответствует шагу 2,5 мм на реальной плате (далее по тексту указаны реальные размеры). С таким шагом расположены выводы у большинства микросхем в пластмассовом корпусе, у многих транзисторов и других электрорадиокомпонентов. Меньшее расстояние между отверстиями следует выбирать лишь в тех случаях, когда это крайне необходимо.

В отверстия с шагом 2,5 мм, находящиеся на сторонах квадрата 7,5x7,5 мм, удобно монтировать микросхему в круглом металлостеклянном корпусе. Для установки микросхемы в пластмассовом корпусе с двумя рядами жестких выводов (корпус типа DIP) в плате необходимо просверлить два ряда отверстий. Шаг отверстий — 2,5 мм (строго говоря, 2,54 мм), расстояние между рядами кратно 2,5 мм. Следует заметить, что микросхемы с жесткими выводами требуют большей точности разметки и сверления отверстий.

Микросхемы в корпусе типа FLAT имеют гибкие выводы и припаиваются непосредственно к проводникам печатной платы. Следует учесть, что расстояние между выводами у них в два раза меньше и составляет 1,27 мм. Если размеры печатной платы заданы, необходимо начертить ее контур и крепежные отверстия. Вокруг отверстий выделяют запретную для проводников зону с радиусом, несколько превышающим половину диаметра металлических крепежных элементов. Далее следует примерно расставить наиболее крупные детали — реле, переключатели (если их впаивают в печатную плату)и разъемы, большие детали и т. д. Их размещение обычно зависит от общей конструкции устройства, определяемой размерами имеющегося корпуса или свободного места в нем. Часто, особенно при разработке портативных приборов, размеры корпуса определяют по результатам разводки печатной платы.

Цифровые микросхемы предварительно расставляют на плате рядами с межрядными промежутками 7,5 мм. Если микросхем не более пяти, все печатные проводники обычно удается разместить на одной стороне платы и обойтись небольшим числом проволочных перемычек, впаиваемых со стороны деталей. Не пытайтесь расположить на односторонней печатной плате большее количество цифровых микросхем, это значительно затруднит разводку и потребует использования чрезмерно большого числа перемычек. В этих случаях разумнее перейти к двусторонней печатной плате.

Условимся называть ту сторону платы, где размещены печатные проводники, стороной проводников, а обратную — стороной деталей, даже если на ней вместе с деталями проложена часть проводников. Особый случай представляют платы, у которых и проводники, и детали размещены на одной стороне, причем детали припаяны к проводникам без отверстий. Необходимо знать, что внести изменения в печатный монтаж, когда сторона проводников и сторона деталей едины, очень сложно. Платы такой конструкции применяют редко.

Микросхемы размещают так, чтобы все соединения на плате были по возможности короче, а число перемычек — минимальным. В процессе разводки проводников расположение микросхем относительно друг друга придется менять не один раз. Рисунок печатных проводников аналоговых устройств любой сложности обычно удается развести на одной стороне платы.

Далее можно начинать собственно разводку. Полезно заранее измерить и записать размеры мест, занимаемых используемыми элементами. Резисторы МЛТ-0,125 устанавливают рядом, соблюдая расстояние между их осями 2,5 мм, а между отверстиями под выводы одного резистора — 10 мм.

Так же размечают места для чередующихся резисторов МЛТ- 0,125 и МЛТ-0,25 или двух резисторов МЛТ-0,25, если при монтаже их слегка отогнуть один от другого (три таких резистора поставить вплотную к плате уже не удастся). На таком же расстоянии между выводами и осями элементов устанавливают большинство малогабаритных диодов и конденсаторов КМ-5 и КМ-6, вплоть до КМ-66 емкостью 2,2 мкФ. Не следует размещать бок о бок две толстые (более 2,5 мм) детали, их необходимо чередовать с тонкими. Если нужно, расстояние между контактными площадками той или иной детали увеличивают.

Линии соединения элементов выполняются в соответствии с электрической схемой по кратчайшему пути при минимальной длине соединительных проводников. Входные и выходные цепи схемы должны быть разнесены друг от друга по возможности дальше, что исключит наводки и самовозбуждение схем усилителей. Удачно разместить элементы с первой попытки, как правило, не получается, и приходится изменять рисунок (иногда несколько раз) для подбора оптимальной компоновки деталей.

После размещения всех элементов необходимо еще раз проверить соответствие топологии платы электрической схеме и устранить все выявленные ошибки (они будут!). Чем тщательнее выполняется этот этап работы, тем меньше будет проблем при настройке уже собранного устройства.

Если резисторы, диоды и другие детали с осевыми выводами располагать вертикально, можно существенно уменьшить ее площадь, однако рисунок печатных проводников усложнится.

При изготовлении рисунка всегда нужно помнить о достаточных зазорах между проводниками и учитывать свойства поверхности платы. Очень важно оставлять между проводниками максимально возможное расстояние, особенно если они находятся под высоким напряжением или схема должна обладать большим внутренним сопротивлением. Следовательно, в некоторых случаях нужно уделять особое внимание взаимному расположению проводников. Так, цепи с большим внутренним сопротивлением нужно размещать как можно дальше от цепей питания или от других сигнальных цепей. В противном случае могут ухудшиться соотношение сигнал/шум, появиться индуктивные наводки или возникнуть нежелательные обратные связи.

При разводке также следует ограничить количество проводников между контактными площадками, предназначенными для подпайки выводов радиоэлементов. В большинстве используемых в радиолюбительских конструкциях деталей диаметр отверстий под выводы может быть равен 0,8 мм. Ограничения на число проводников для типичных вариантов расположения контактных площадок с отверстиями такого диаметра приведены на рис. 3.11 (сетка соответствует шагу 2,5 мм на плате).

Между контактными площадками отверстий с межцентровым расстоянием 2,5 мм установить проводник практически нельзя. Однако это возможно, если у одного или обоих отверстий такая площадка отсутствует (например, у неиспользуемых выводов микросхемы или у выводов любых деталей, припаиваемых на другой стороне платы). Такой вариант показан в верхней части рис. 3.11 (в центре). Вполне можно проложить проводник между контактной площадкой, центр которой лежит в 2,5 мм от края, платы, и этим краем (рис. 3.11, справа).



Мал. 3.11. Типичные варианты расположения контактных площадок, отверстий и проводников на печатной плате


3.7.3. Предварительная разводка проводников

Предварительную разводку проводников удобно выполнять мягким карандашом на листе гладкой бумаги. Сторону печатных проводников рисуют сплошными линиями, обратную сторону — штриховыми. По окончании разводки и корректировки чертежа под него кладут копировальную бумагу красящим слоем вверх и красной или зеленой шариковой ручкой обводят контуры платы, а также проводники и отверстия, относящиеся к стороне деталей. В результате на обратной стороне листа получится рисунок проводников для стороны деталей.


3.7.4. Предотвращение помех

При реализации печатной схемы часто появляется множество побочных эффектов, например возникают помехи. Детали необходимо размещать так, чтобы они не имели между собой паразитных связей, то есть взаимодействий магнитных и электрических полей различных элементов схемы. Например, часто встречается паразитная связь коллектора транзистора входного каскада с контуром магнитной антенны, которая приводит к самовозбуждению усилителя высокой частоты. Чтобы ее исключить, транзистор располагают на расстоянии 2–3 см от антенны или отгораживают экраном. Таким же образом можно избавиться и от других паразитных связей.

Не следует размещать рядом магнитную антенну, динамик и выходной трансформатор. Их магнитные поля могут оказать взаимное влияние, вследствие чего возникнут наводки. В этом случае необходимо правильно сориентировать детали, то есть принять во внимание конфигурацию их полей.

При использовании микросхем нужно максимально разносить входные и выходные цепи. Монтаж входных цепей ИС следует проводить в непосредственной близости от нее.

Если при проектировании частей схемы придерживались правила использования отдельного заземляющего провода, подключаемого к «земле» в одной точке, то также возникнут помехи.

В том случае, когда рисунок проводников выполняется геометрически правильными линиями, можно ожидать следующих проблем-: утечки, высокого напряжения, больших помех, нежелательных связей, потери сигнала из-за емкостных эффектов. Минимальная ширина проводников должна быть не менее 1–1,5 мм. Чтобы при пайке не появилось мостиков из припоя, минимальный зазор между проводниками должен быть более 1–1,5 мм.

При проектировании полупроводниковых схем печатные проводники, как правило, прокладываются по прямым линиям и прямым углам с незначительным их скруглением, что предотвращает возникновение коронного разряда из-за концентрации электрических полей.


3.7.5. Монтаж ИС с гибкими выводами

Микросхемы, выводы которых расположены параллельно корпусу (серии 133, К134 и др.), можно смонтировать, предусмотрев соответствующие контактные площадки с шагом 1,27 мм, однако это заметно затрудняет и разводку, и изготовление платы. Гораздо целесообразнее чередовать подпайку выводов микросхемы к прямоугольным площадкам со стороны деталей и круглым площадкам через отверстия на противоположной стороне (рис. 3.12); ширина выводов микросхемы показана не в масштабе.



Мал. 3.12. Контактные площадки для микросхем в пленарных корпусах


В качестве примера взята двусторонняя плата. Подобные микросхемы, имеющие длинные выводы (например, серии 100), можно монтировать так же, как и ИС в пластмассовых корпусах, изгибая выводы и пропуская их в отверстия платы. Контактные площадки в этом случае располагают в шахматном порядке (рис. 3.13).



Мал. 3.13. Контактные площадки для микросхем с длинными выводами


При розробці двосторонньої плати треба прагнути до того, щоб на стороні деталей залишилося менше число з'єднань. Це полегшить виправлення можливих помилок, налагодження пристрою і, якщо необхідно, його модернізацію. Під корпусами мікросхем розміщують лише загальний провід і провід живлення, але підключати їх потрібно тільки до висновків живлення мікросхем. Контактные площадки к входам микросхем, подсоединяемым к цепи питания или общему проводу, прокладывают на стороне проводников, причем так, чтобы их можно было легко перерезать при налаживании или усовершенствовании устройства. Если же устройство настолько сложно, что на стороне деталей приходится прокладывать и проводники сигнальных цепей, позаботьтесь о том, чтобы любой из них был доступен для подсоединения к нему и исключения его из цепи.


3.7.6. Установка контактных стоек

Обычно узел, собранный на печатной плате, подключают к другим узлам устройства гибкими проводниками. Чтобы не испортить печатные проводники при многократных перепайках, желательно предусмотреть на плате в точках соединений контактные стойки (удобно использовать штыревые контакты диаметром 1 или 1,5 мм от разъемов 2РМ). Стойки вставляют в отверстия, просверленные точно по диаметру, и пропаивают. На двусторонней печатной плате контактные площадки для распайки каждой стойки должны быть на обеих сторонах.


3.7.7. Двусторонняя плата

Аналоговые устройства, работающие со слабыми сигналами, и цифровые на быстродействующих микросхемах (например, серий КР531, КР1531, К500, КР1554) независимо от их рабочей частоты целесообразно собирать на платах с двусторонним фольгированием. Причем фольга той стороны платы, где располагают детали, будет играть роль общего провода и экрана. Фольгу общего провода не следует использовать в качестве проводника для большого тока (например, от выходных каскадов, динамической головки, выпрямителя блока питания и т. д.).

При разработке двусторонних печатных плат нужно постараться обойтись без специальных перемычек между сторонами платы, используя для этого контактные площадки соответствующих выводов монтируемых деталей; выводы в этих случаях пропаивают с обеих сторон платы. На сложных платах иногда удобнее некоторые детали подпаивать непосредственно к печатным проводникам. Контактные площадки в этом случае делают шире — 3–4 мм. На таком участке фольги допускается припаивание только одного навесного компонента. Если в качестве общего провода используется сплошной слой фольги, отверстия под выводы, не подключаемые к нему, следует раззенковать со стороны деталей. Печатные дорожки питания делают шире, нежели другие проводники.

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


3.7.8. Использование макетной 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. В этой работе удобно также использовать небольшую пластину-шаблон из стеклотекстолита или другого материала, в которой с шагом 2,5 мм насверлены рядами отверстия диаметром 1–1,1 мм, и по ней планировать возможное взаимное расположение элементов.


3.7.9. Временная макетная плата

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. 3.14).



Мал. 3.14. Макетная плата с квадратными контактными площадками


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.


3.7.10. Размещение КГ на плате

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.


3.7.11. Травление печатных плат

Оборудование, с помощью которого можно нанести рисунок на печатную плату, довольно разнообразно. Достаточно эффективные установки для травления сравнительно дешевы. Удобны, например, камеры вертикального типа с перемешиванием раствора при помощи пузырьков воздуха и с нагревателями для аквариумов. Такие камеры экономно расходуют хлорное железо, их удобно чистить.


3.7.12. 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 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. 3.15).



Мал. 3.15. Экспонирование фотопленки


3.7.13. Перемычки на печатной плате

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 выводы 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. 3.16а).



Мал. 3.16. Установка перемычек на печатной плате


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. 3.16б). Следует сохранять отрезки проволоки, образующиеся при укорачивании выводов компонентов, они могут пригодиться для изготовления перемычек.


3.7.14. 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.

3.8. Джерела живлення

3.8.1. 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. 3.17). Хотя внешний вид такой конструкции оставляет желать лучшего, она не требует практически никаких расходов и вполне пригодна как временная мера.



Мал. 3.17. Батарея аккумуляторов


3.8.2. Початковий елемент для батарейки 9 В

Малогабаритна девятивольтовой батарейка (типу «Крона») широко використовується для харчування портативних електронних пристроїв з незначним споживанням енергії. Вона підключається за допомогою спеціального роз'єму. Перш ніж викидати відслужила батарейку, зніміть з неї верхню пластину. Припаяйте до контактів пластини два дроти, акуратно ізолюйте місця пайки - і ви отримаєте готовий з'єднувальний елемент, який може стати в нагоді в майбутньому.

3.9. Слюсарно-монтажні роботи

3.9.1. вибір корпусу

Вибір корпусу для розроблювального пристрою диктується розмірами останнього, призначенням, вимогами естетики, вартістю і, нарешті, наявністю потрібної моделі в каталогах виробників або постачальників. Якщо пристрій виконується згідно з рекомендаціями, почерпнутих із спеціальної літератури, можна довіритися вибору автора. В іншому випадку варто, залишивши в стороні естетичну сторону питання, зробити тимчасовий корпус з оргалита за розмірами, вказаними в каталозі. Це дасть більш точні уявлення про закінченість схеми, її зовнішній вигляд і про вільний простір в корпусі. Надалі буде легше внести потрібні зміни.


3.9.2. екранування пристроїв

Іноді потрібно забезпечити якісне екранування пристрою або його вузла, чутливого до наведенням (наприклад, зовнішній підсилювач приймача ІК випромінювання). Проблема вирішується досить просто, якщо корпус пристрою виконаний з металу і його можна заземлити (слід пам'ятати про можливість появи ненульового потенціалу на гніздах з'єднувачів і ін.). В іншому випадку можна спаяти екранує корпус з фольгованого склотекстоліти або гетинаксу (рис. 3.18а). Розкривати такий корпус досить складно, тому що розміщується в ньому вузол слід заздалегідь ретельно перевірити.

Для невеликої збірки корпус можна виготовити з відрізка мідної труби, яка з одного кінця запаюється відрізком фольгованого склотекстоліти, а з іншого закривається заглушкою (рис. 3.18б).



Мал. 3.18. Варіанти екранів з фольгованого склотекстоліти (а) і відрізка мідної труби (б)


3.9.3. Кріплення друкованих плат

Як правило, на друкованій платі є декількох кріпильних отворів. Згодом відповідні отвори необхідно розмітити на дні корпусу або на інший несучої поверхні. Нерідко замість точної розмітки осей отворів воліють брати друковану плату і розмічати місця свердління по ній або прямо свердлити отвори в корпусі крізь отвори в платі. Хоча такий підхід прискорює рішення задачі, точність розмітки падає. Трапляється, що, коли розставлені кріпильні стійки, друковану плату поставити на місце вже неможливо. Щоб уникнути подібної ситуації, потрібно спочатку просвердлити друковану плату і корпус свердлом діаметром 3 мм, а потім розширити отвори в платі до 3,2 або 3,5 мм. Це полегшить складання, а якість практично не постраждає.


3.9.4. Стійка для кріплення плати

Для кріплення друкованої плати на деякій відстані від корпусу і від інших плат використовуються стійки з різних матеріалів. Якщо під рукою немає стійок відповідного розміру, можна скористатися довгими гвинтами діаметром 3 мм (такі гвинти зазвичай найбільш зручні) з гайками для кріплення плат на потрібній відстані від корпусу (рис. 3.19). З боку металізації друкованої плати краще використовувати гайки з нейлону (або підкласти під металеву гайку ізолюючу шайбу), щоб ізолювати гвинти від доріжок, що проходять поблизу кріпильних отворів.



Мал. 3.19. Стійка для кріплення плати


3.9.5. Оформлення лицьовій панелі

При оформленні лицьовій панелі сучасних приладів тепер уже не використовують виступаючі кнопки і поворотні перемикачі, які кріпилися на алюмінієвому листі з написами, нанесеними чорною фарбою. Перевага віддається плоских поверхонь, за які не виступають компоненти, службовці для управління і індикації (рис. 3.20). Ці компоненти розміщуються групами відповідно до виконуваних функцій.



Мал. 3.20. Варіант оформлення лицьовій панелі


Панель зазвичай виконується з листового металу або пластмаси і має світлий фон з різнокольоровими написами. Виготовлення подібних панелей істотно полегшується при використанні сучасних кольорових принтерів. Друк на прозорих аркушах, які використовуються для проекторів, дозволяє швидко і якісно виготовити малюнок панелі з необхідними написами. Інший спосіб виготовлення малюнка - виконання кольорової ксерокопії з паперового оригіналу на прозору плівку. Плівку можна накласти на непрозору основу, в якій зроблені отвори для індикаторів. Плівку з малюнком має сенс закрити зверху прозорою самоклеющейся плівкою, а всі елементи закріпити по краях скотчем.

Друкована плата з індикаторами і сенсорними кнопками повинна розташовуватися безпосередньо за передньою панеллю. Для її кріплення використовуються гвинти з потайними головками, утопленими в панель під плівкою з малюнком. Монтаж компонентів слід виконувати після тимчасового прикріплення друкованої плати до лицьової панелі і ретельної розмітки необхідних отворів. Розміри отворів в місцях установки кнопок повинні вибиратися з запасом. Бажано не піднімати компоненти над платою і розташовувати її так, щоб відстань до лицьовій панелі визначалося висотою кнопки.

Деякі елементи, що займають багато місця (наприклад, кварцові генератори), можна розмістити в «лежачому» положенні або з протилежного боку плати.

Необхідно визначити способи монтажу до виконання малюнка друкованої плати. Поряд з кожною кнопкою слід розташувати принаймні одну опору, щоб плата не деформувалася при натисканні.


3.9.6. Сітка для гучномовця

Установка гучномовця за лицьовою панеллю і забезпечення його нормального звучання - досить складне завдання. Виконати її можна двома способами: або просвердлити велике число отворів, розташувавши їх, наприклад, у формі зірки, або зробити одне велике отвір і закрити його сіткою. Перше рішення погіршує зовнішній вигляд гучномовця, особливо якщо хоча б один отвір розташоване не на своєму місці. У другому випадку свердління не вимагає високої точності, оскільки остаточну підгонку отвору можна виконати за допомогою напилка.

Складніше придбати або виготовити сітку, яка потрібна для завершення конструкції і для захисту мембрани гучномовця. Є просте і економне рішення задачі: можна використовувати макетну плату з гетинаксу, в якій половину отворів в шаховому порядку розширюють за допомогою свердла діаметром 2,5 або 3 мм (рис. 3.21). Після видалення задирок сітку слід пофарбувати чорною матовою або блискучою фарбою.



Мал. 3.21. Варіант сітки для динаміки


3.9.7. Укорочення корпусу приладу

При складанні портативного пристрою, що розміщується в каркасі невеликої товщини, нерідко виникає проблема монтажу напівпровідникового приладу, що має значну висоту корпусу, коли через брак місця його неможливо розмістити в горизонтальному положенні. Це відноситься, наприклад, до транзисторів в корпусі ТО220, які зустрічаються частіше, ніж прилади в невеликому корпусі (ТО92). У той же час в малогабаритних пристроях з живленням від батарейки розсіює потужність зазвичай невелика. У такому випадку цілком допустимо акуратно відпиляти верхню частину корпусу з отвором (рис. 3.22) або видалити її за допомогою кусачок.



Мал. 3.22. Укорочення корпусу ТО220


3.9.8. Свердління отворів в друкованій платі

Отвори в друкованих платах для монтажу більшості компонентів повинні мати діаметр 0,8 мм, для інтегральних схем - 0,6 мм. Оскільки склотекстоліт є порівняно міцним матеріалом, свердлити його досить складно.

Існує два типи свердел: сталеві і з карбіду вольфраму. Перші дешевше, але термін їх служби обмежений. Другі коштують у кілька разів дорожче і дозволяють виконати велику кількість отворів, однак при бічних навантаженнях легко ламаються. Має сенс придбати два набору сталевих свердел: діаметром 0,6 і 0,8 мм. Спочатку свердлом 0,6 мм свердлять всі отвори. На наступному етапі потрібні отвори розширюють свердлом діаметром 0,8 мм. При цьому інструмент менше зношується і служить довше.

Використання спрощеного варіанту дриля (досить дешевого) у вигляді штатива з приводом, що забезпечує вертикальну подачу свердла, надасть неоціненну допомогу в роботі і забезпечить високу якість свердління. У такому варіанті свердло не відчуває бічних навантажень, що особливо важливо для свердел з карбіду вольфраму.

Знавці електроніки не завжди є фахівцями з механічної обробки, тому корисно привести просте правило свердління отворів в таких матеріалах, як листове залізо або склотекстоліт. Спочатку слід просвердлити отвори меншого розміру. Наприклад, щоб просвердлити отвір діаметром 6 мм, варто почати зі свердла діаметром 2-3 мм. Чим більше кінцевий діаметр, тим більше буде потрібно проміжних сверлений. Це забезпечує отримання отворів точного розміру круглої форми і легке виконання операції без підвищеного зносу свердел. У будь-якому випадку отвір необхідно попередньо намітити за допомогою кернера.


3.9.10. Свердління отворів великого діаметру

Для збільшення діаметра отворів можна застосовувати спеціальні фрези або розгортки конічної форми. Вони бувають різних розмірів і можуть наводитися в обертання як за допомогою дрилі, так і вручну. Любителі широко використовують спеціальне пристосування ( «балеринки») для виконання великих отворів в панелях із пластмаси або алюмінію. «Балеринка» містить вісь з втулкою і поперечну планку з закріпленим на кінці різцем. Переміщаючи планку і фіксуючи її у втулці, можна в широких межах змінювати відстань різця від осі, що визначає діаметр вирізуваного отвори. Таким же чином отримують отвори будь-якого потрібного розміру для монтажу електричних з'єднувальних елементів, гучномовців і т. Д. Зазвичай витрати на придбання або виготовлення такого інструменту швидко окупаються. Слід пам'ятати, що пластмаси при механічній обробці можуть плавитися, тому потрібно застосовувати дрель або свердлильний верстат з малою швидкістю обертання.

глава 4
Тестування та вимірювання

Перше включення тільки що зібраного пристрою - це завжди хвилюючий момент, підсумок тривалих праць з розробки та виготовлення, якому, можливо, передували довгі тижні роздумів над принциповою схемою. Але іноді замість задоволення від безпомилкової роботи приходить розчарування, викликане непередбаченими обставинами, або, гірше того, повний провал. Тоді для усунення несправностей знадобиться кілька необхідних приладів - від звичайного мультиметра до багатоканального логічного аналізатора.

На стадії налагодження непрацюючого пристрої важливою складовою успіху є вміння мислити логічно, здатність до аналізу і синтезу. Наявність мікропроцесора не завжди допоможе, оскільки іноді дуже важко визначити, що є джерелом несправності - технічний дефект схеми або помилка в програмному забезпеченні.

4.1. Підготовка до вимірювань

4.1.1. Оснащення при вимірах

Часто при проведенні електричних вимірювань в невеликої лабораторії кількість шнурів, що з'єднують прилади, виявляється занадто велике для ефективної роботи. Для з'єднання вимірювальних приладів між собою можна використовувати шнури зі стандартними наконечниками.

Занадто довгі шнури перетворюють робочий стіл в джунглі. Переважно працювати з декількома короткими шнурами різних кольорів, забезпечених наконечниками типу Banana. На таких наконечниках є гнізда, що дає змогу вставляти їх один в інший, збільшуючи довжину шнура (рис. 4.1).




Мал. 4.1. Наконечник типу Banana


При відсутності захисної ізоляції слід надіти на невикористовувані металеві частини відрізки ізолюючої трубки, щоб уникнути короткого замикання. Знамениті затискачі типу «крокодил» зараз практично не використовуються для підключення схеми до джерела живлення. Їм на зміну прийшли затискачі, припаяні або закріплені гвинтом на кінці шнура, інший кінець якого забезпечений наконечником типу Banana. Напруга мережі підводиться до схеми за допомогою мережевого шнура, оснащеного виделкою; застосування двох окремих шнурів неприпустимо. Закріплення мережевого шнура на макеті здійснюється пайкою або за допомогою гвинтових затискачів.

Під час тестування під схему, ще не вміщену в корпус, підкладається картон або інший ізолюючий матеріал. Щоб тестована плата не впала при натягуванні мережевого шнура, його слід закріпити (наприклад, за допомогою неметалічних затискачів).


4.1.2. штучна навантаження

Тестування джерела живлення або аналогічної схеми проходить через стадію пошуку і вибору навантаження, що дозволяє моделювати реальні умови роботи пристрою. Для невеликих потужностей в якості пробної навантаження цілком можна використовувати резистор. Інша ситуація виникає, наприклад, з джерелом постійної напруги, здатним забезпечити струм близько 5 А при вихідній напрузі близько 30 В. Паралельне та послідовне включення декількох резисторів представляється важким завданням, особливо для розсіювання потужності 150 Вт.

Значно зручніше використовувати автомобільні лампи. Існує багатий вибір таких ламп потужністю від 5 Вт (для габаритних вогнів) до 40 Вт і більше (лампи для фар). Найпоширенішим напругою є 12 В. Послідовне з'єднання двох ламп дозволяє подвоїти цю напругу. Згаданий вище джерело живлення можна протестувати, якщо підключити до нього чотири лампи 12 В / 40 Вт з послідовно-паралельним з'єднанням 2x2 (рис. 4.2).



Мал. 4.2. штучна навантаження


Для більш високих напруг підійдуть лампи, що працюють від мережі, а також спеціальні резистори, що застосовуються для нагріву (в конвекторах і ін.). При особливо високої потужності джерела живлення в якості навантаження можна використовувати велектролітичні ванну. Для цього в підсолену воду опускають дві не стикаються між собою металеві смужки достатнього перетину. Подібну операцію настійно рекомендується проводити в добре провітрюваному приміщенні або на вулиці. У будь-якому випадку потужність буде розсіюватися головним чином у формі тепла. Тому необхідно прийняти елементарні заходи протипожежної безпеки, а також захистити очі від інтенсивного світлового випромінювання лампи навіть при невеликих її розмірах.


4.1.3. Використання трансформатора струму

Не завжди виходить просто виміряти змінний струм, особливо якщо схема пов'язана з мережею. Існує оригінальне рішення цієї проблеми за допомогою трансформатора струму. Відомо, що провідник зі струмом створює магнітне поле, напруженість якого пропорційна цьому струму. Якщо розташувати датчик, в даному випадку котушку, в безпосередній близькості від провідника, можна вловити, а потім обробити наведений в котушці сигнал.

На практиці зручно використовувати тороидальний сердечник (такі компоненти застосовуються в антіпомехових дросселях), намотавши на нього велике число витків емальованого дроту малого перерізу. Кількість витків повинно бути тим більше, чим менше вимірюваний струм. Провідник з вимірюваним струмом пропускають крізь тороїдальний сердечник. Таким чином формується первинна обмотка трансформатора (рис. 4.3). Струм у вторинній обмотці може бути невеликим, якщо передбачена його обробка за допомогою операційного підсилювача, включеного за схемою перетворювача струму в напругу.



Мал. 4.3. Включення трансформатора струму


Наприклад, струм силою 0,5 А в первинній обмотці створить ток 5 мА у вторинної обмотки при 100 витках дроти і напрузі 0,5 В на виході підсилювача. Це значеннявідповідає номіналом резистора, вказаною на рис. 4.3. Форма сигналу зберігається, тому, щоб отримати постійну напругу, потрібно виконати операції випрямлення і фільтрації. Велика перевага схеми такого типу - повна ізоляція вимірюваного провідника від ланцюга обробки сигналу. Саме цей принцип використовується в електровимірювальних кліщів. У деяких випадках можна підключити амперметр безпосередньо на вторинній обмотці трансформатора.


4.1.4. Вимірювання змінного струму або напруги

Вимірювання і обробка змінної величини зазвичай виконуються за допомогою перетворювача змінного сигналу в постійний. Звичайний діод в поєднанні з конденсатором виконує операції випрямлення і фільтрації сигналу. Але насправді мова йде про вимірювання максимальної (пікової) величини сигналу. При цьому не враховуються ні форма сигналу, ні його частота. Отже, даний принцип може успішно застосовуватися виключно для тих сигналів, у яких змінюється лише амплітуда, але не форма. В інших випадках краще використовувати спеціалізовані схеми або аналого-цифрове перетворення з подальшою математичною обробкою.

Класичний мультиметр, яким вимірюють змінні сигнали, розрахована на індикацію ефективних значень і забезпечує правильні свідчення тільки для синусоїдальних сигналів. Показання для сигналів іншої форми містять помилки тим значніші, ніж сильніше форма вимірюваного сигналу відрізняється від синусоїди. Таким образом, на выходе преобразователя 12/220 В, построенного на трансформаторе с двумя коммутируемыми транзисторами, будет индицироваться напряжение, существенно превышающее его истинное значение. Для корректного измерения следует использовать осциллограф, который одновременно показывает и амплитуду, и форму сигнала.


4.1.5. Форма измеряемого сигнала

На рис. 4.4 представлены формулы для определения действующих (эффективных) значений сигналов различной формы. Эти формулы действительны как для токов, так и для напряжений. В них используются пиковые (максимальные) значения сигналов и коэффициент заполнения (величина, обратная скважности).



Мал. 4.4. Формулы для определения действующих значений напряжения гармонических сигналов

4.2. Работа с мультиметром

В своей деятельности радиолюбителю придется использовать множество контрольных приборов различного типа для тестирования, измерения и обнаружения неисправностей в электронном оборудовании.

Мультиметр является универсальным прибором, который используется практически каждый день. Имеется два основных типа мультиметров для общего использования: аналоговые и цифровые.


4.2.1. Аналоговые мультиметры

В аналоговом мультиметре (тестер или стрелочный авометр — ампервольтомметр) применяется стандартная измерительная шкала с указателем. Значение напряжения, тока или сопротивления отсчитываются от позиции указателя на измерительной шкале. Определение показаний аналогового мультиметра очень похоже на определение времени по стрелкам на часах. В случае часов приходится интерполировать число секунд между маркировками минут. Точно так же при работе с аналоговым мультиметром нужно определять или оценивать фактическое значение путем интерполирования между маркировками напряжений, токов или сопротивлений на измерительной шкале.

Аналоговые мультиметры все еще широко используются, поскольку они недороги и надежны в работе. Их основным недостатком является то, что они имеют невысокую точность и большой разброс при измерениях. В большинстве случаев погрешность аналогового мультиметра составляет менее 2 % от пределов измерения по шкале прибора, что вполне приемлемо в большинстве практических применений. Тем не менее во многих случаях желательны более точные измерения.


4.2.2. Цифровые мультиметры

Цифровой мультиметр подобен аналоговому в том отношении, что он также является универсальным измерительным прибором, способным измерять напряжение, ток и сопротивление. Основным отличием является то, что результаты измерений выводятся на индикаторную панель десятичной цифровой индикации. В большинстве цифровых ров имеется жидкокристаллический индикатор (дисплей). Значение тока, напряжения или сопротивления выводится в виде десятичных цифр на семисегментные индикаторы. Индикация в более старых цифровых мультиметрах осуществляется с использованием индикаторов на светоизлучающих диодах.

В дополнение к удобствам, связанным с использованием десятичных дисплеев, цифровые мультиметры обеспечивают также более высокую точность измерений. Хороший цифровой мультиметр обеспечивает точность измерений 0,5–1 % от фактического значения. Такие точные измерения предпочтительны при тестировании электронных схем, поскольку они дают наилучшую информацию о состояниях схем. Цифровые мультиметры имеют также более высокую разрешающую способность измерительной системы, что обеспечивает более высокоточные измерения.

Большинство мультиметров позволяют также измерять основные параметры транзисторов: коэффициент передачи тока базы h 21Э , обратный ток коллектора I КО и обратный ток эмиттера I ЭО .

При использовании мультиметра для измерения напряжений синусоидальных сигналов необходимо иметь в виду, что представляемая на индикации величина является эффективным или среднеквадратическим значением. Необходимо знать также, что мультиметр имеет ограничение по высокой частоте. Это предельное значение частоты варьируется от прибора к прибору, однако оно не превышает обычно нескольких килогерц.


4.2.3. Опасность появления ошибочных показаний

На всех цифровых мультиметрах стоят индикаторы, предупреждающие пользователя о том, что батарейка скоро разрядится. У многих дешевых приборов индикатор включается слишком поздно, когда в показаниях уже появились ошибки. Если результаты измерений вызывают подозрения, следует проверить состояние батарейки. При этом не стоит использовать мультиметр для проверки его собственной батарейки из-за опасности внутреннего короткого замыкания.


4.2.4. Измерения на разомкнутой цепи

При высоком входном сопротивлении цифрового мультиметра (приблизительно 10 МОм) в режиме измерения переменных сигналов на индикаторе нередко появляется напряжение (иногда до 220 В), хотя измерительные щупы не присоединены. На самом деле так проявляется антенный эффект, обусловленный, как правило, работой расположенного поблизости мощного прибора. Если цель измерения — убедиться в отсутствии напряжения перед проведением работ на схеме, это будет существенной помехой. В подобных случаях надо использовать либо гальванометрический (неэлектронный) вольтметр, либо индикатор напряжения.


4.2.5. Режим короткого замыкания

На стадии наладки схемы иногда требуется выполнить временное замыкание двух точек, чтобы проверить работу управляющей схемы реле или светодиода в режиме короткого замыкания, прежде чем монтировать схему в корпус. Включение мультиметра, выполняющего функцию амперметра и рассчитанного на соответствующий ток, вполне заменяет рискованную процедуру замыкания проводов. Измерительные щупы обеспечат электрический контакт, в то время как предохранитель, включенный последовательно с амперметром, гарантирует безопасность этого временного соединения.

После подобных манипуляций, как и всегда после использования мультиметра в качестве амперметра, измерительные провода сразу необходимо переместить в гнезда вольтметра. Это дает гарантию того, что при следующем использовании мультиметра в схеме или, что еще хуже, в сети не произойдет случайное короткое замыкание.


4.2.6. Мегаомметр

Мегаомметр используется для измерения сопротивления изоляции проводов или кабелей с целью определения их пригодности к использованию. Следует отметить некоторые особенности при работе с мегаомметром. В нем вырабатывается высокое напряжение, и если в установке, где производится измерение, есть элементы, которые могут быть повреждены этим напряжением, например, конденсаторы и полупроводниковые приборы, то они должны быть отсоединены или их выводы закорочены.

Не допускается пользование загрязненным и покрытым влагой прибором, так как это может исказить показания.

Перед измерением прибор должен быть проверен соединением концов его проводов при вращении рукоятки, при этом стрелка прибора должна показать «нуль», а при рассоединении проводов — «бесконечность». Чтобы прибор вырабатывал нужное напряжение, его рукоятку нужно вращать с частотой не меньшей, чем указана на щитке со шкалой.


4.2.7. Измерение емкости и индуктивности

В практических схемах измерителей напряжение треугольной формы прикладывается к измеряемой емкости, при этом ток, идущий через нее, имеет форму меандра и его амплитуда пропорциональна измеряемой емкости. При измерении индуктивности через нее пропускается ток треугольной формы, падение напряжения на индуктивности имеет форму меандра и пропорционально ее величине. Измеряемая емкость и эталонный резистор подключаются в соответствии с рис. 4.5а, а измеряемая индуктивность — по схеме рис. 4.56.



Мал. 4.5. Принцип измерения емкости ( а ) и индуктивности ( б )

4.3. Использование осциллографа

Осциллограф становится относительно простым в использовании прибором после первого знакомства с ним. Затруднение может вызывать лишь изучение и запоминание функции каждого из различных органов управления на передней панели, где имеется множество ручек, лимбов, переключателей, кнопок и соединителей. Для непосвященных это кажется очень трудным. Изучите назначение каждого органа управления и проследите за картинкой на экране при использовании этих ручек. В результате вы быстро все поймете. Одним из лучших способов изучения функций и методов использования осциллографа является получение по возможности большего опыта во время практической работы.


4.3.1. Кабели для осциллографа

Желательно использовать осциллограф двухканального типа, так как он позволяет наблюдать одновременно два отдельных сигнала. Следовательно, он имеет два входных кабеля и соединителя. Они обычно маркируются как канал 1 и 2 или А и В. Различают два основных типа кабелей — прямой и аттенюаторный.

Кабель прямого типа является коаксиальным кабелем с двумя выводами, которые обычно имеют концевую заделку в виде щупов-наконечников или посредством зажимов типа «крокодил» для подключения к схеме. В любом случае данный кабель подводит сигнал, который должен воспроизводиться на экране, напрямую (без ослабления) к осциллографу.

С аттенюаторным типом соединителя также используется коаксиальный кабель, но в общем случае применяется щуп вместо зажимов типа «крокодил». Узел щупа содержит последовательный резистор с большим сопротивлением, которое вместе с полным входным сопротивлением осциллографа формирует делитель напряжения. Таким образом, данный щуп и кабель выполняют ослабление (аттенюацию) сигнала в 10 раз.

Преимуществом такого кабеля является то, что он создает меньшую емкостную нагрузку для схем высокой частоты, позволяя визуализировать высокочастотные сигналы и сложные формы сигнала. Чтобы получить корректное измерение амплитуды сигнала, не забудьте измеренное значение умножить на 10.


4.3.2. Измерение амплитуды

Для амплитудных измерений используется откалиброванная или координатная сетка на экране электронно-лучевой трубки для определения числа делений между максимальными положительным и отрицательным отклонениями сигнала {такое измерение называется измерением размаха, или двойной амплитуды, сигнала).

Осциллограф визуализирует на экране синусоидальный сигнал. Это наиболее легкий и более точный метод для измерения размаха сигнала. Осциллограф позволяет видеть сигнал, а также любой шум, искажение или помехи, которые могут его сопровождать. Он может выполнять измерения напряжений сигналов с частотой до нескольких сот мегагерц.

В отличие от мультиметра осциллограф не позволяет измерить ток. Единственным способом измерить ток при помощи осциллографа является косвенный способ, а именно, надо измерить напряжение на участке цепи, преобразовать размах в эффективное значение, а затем разделить его на известное сопротивление участка цепи.

При выполнении тестов и измерений в электронике обычно является необходимым преобразование эффективных значении в значения размаха и наоборот. Эффективные (среднеквадратические, действующие) значения напряжения и тока связаны со значениями размаха (двойного амплитудного) следующими соотношениями:

U PP = 2,828· U RMS

I PP = 2,828· I RMS

U RMS = 0,3535· U PP

I RMS = 0,3535· I PP

где индексы: РР — размах, RMS — эффективное значение.


4.3.3. Измерение частоты

Для измерений частоты F на осциллографе сначала нужно измерить период Т сигнала. Период — это время одного цикла. Самый простой способ сделать это — подсчитать количество горизонтальных делений между двумя последовательными пиками сигнала. Тогда частота F = 1/ T .


4.3.4. Проблема заземления

Сетевой шнур осциллографа снабжен заземляющим проводом, который соединен с шасси прибора внутри корпуса. Общая точка входов и выходов (зондов, синхросигналов) также связана с шасси. В домашних электроустановках корпус соединяется с заземляющим нейтральным проводом сети.

Такой тип подключения, разработанный для безопасности пользователя, вызывает серьезную проблему при проведении измерений в схемах, прямо или косвенно связанных с сетью. К ним относятся, например, схемы на симисторах или схемы, питающиеся от устройств с конденсаторами (без трансформатора). В этих случаях существует риск короткого замыкания, которое обычно не представляет опасности, поскольку срабатывает предусмотренная защита. Однако это плохо влияет на работу осциллографа. В таком случае следует убрать соединение с нейтралью, например, подключив переходник с трехконтактной вилки на двухконтактную или модифицировав многоконтактную вилку. Не нужно отсоединять заземляющий провод от корпуса осциллографа! Необходимо подчеркнуть, что такое подключение носит временный характер и должно быть изменено после проведения работ.


4.3.5. След луча

Срок службы электронно-лучевой трубки осциллографа существенно сокращается, если след луча без необходимости будет иметь вид точки, расположенной в одном и том же месте (возможно выгорание люминофора в этом месте). Поэтому после каждого измерения с такой необычной настройкой нужно возвращать временную развертку в состояние, при котором след луча имеет вид прямой линии.


4.3.6. Влияние зонда на работу схем

Сопротивление измерительных входов осциллографа ниже, чем аналогичное сопротивление цифрового мультиметра; оно составляет около 1 МОм против 10 МОм для мультиметра. К этому сопротивлению обычно добавляется конденсатор емкостью порядка 20 пФ. Такие величины могут явиться причиной ошибок измерения и даже нарушения нормального функционирования схемы. Например, программа микроконтроллера может давать сбои при зондировании его тактовых схем (кварцевого генератора) или схемы обнуления.

Другим типичным примером является RC-цепь, особенно когда номиналы резисторов повышены. При подключении зонда может возникнуть впечатление, что конденсатор разряжен, хотя на самом деле он постоянно заряжен из-за ошибки в схеме. Иногда таймер работает только при наличии зонда осциллографа из-за вызываемого им изменения параметров. Из всего сказанного можно сделать вывод, что при любом отклонении в работе устройства, которое зондируется при помощи осциллографа, следует изучить его с помощью принципиальной схемы, чтобы выявить возможные причины сбоя.

4.4. Тестирование компонентов электрических схем

4.4.1. Проверка резисторов

При определении состояния работающих резисторов или новых для замены вышедших из строя необходима их проверка. Постоянные резисторы проверяют внешним осмотром на отсутствие механических повреждений, целость корпуса, его покрытия, прочность выводов. По маркировке и размерам определяют номинальную величину сопротивления, допустимую мощность рассеяния и класс точности, а также соответствие параметров, указанных на корпусе, принципиальной электрической схеме. Омметром измеряют действительную величину сопротивления и определяют отклонение от номинала. Целость выводов проверяют измерением сопротивления резистора при их покачивании.

Переменные резисторы после внешнего осмотра проверяют на плавность изменения сопротивления путем его измерения при вращении оси, на соответствие закона изменения сопротивления резистора (линейное, логарифмическое, обратнологарифмическое) его типу, а также обращают внимание на сопротивление резистора при крайних положениях оси. Если при измерении сопротивления потенциометра при вращении его оси наблюдаются скачки сопротивления, это говорит о его неисправности и о необходимости замены. В работающем устройстве, например усилителе, это может проявляться в скачкообразном изменении громкости звука при его регулировке.

Резистор исправен, если нет механических повреждений, величина его сопротивления находится в допустимых пределах данного класса точности, а контакт ползунка с водящим слоем постоянен и надежен.


4.4.2. Проверка конденсаторов

Простейший способ проверки исправности конденсатора — внешний осмотр, при котором обнаруживаются механические повреждения. Если при внешнем осмотре дефекты не замечены, проводят электрическую проверку. Она включает проверку на короткое замыкание, пробой, целость выводов, а также проверку тока утечки (сопротивление изоляции) и измерение емкости.

Емкость конденсаторов измеряют при помощи измерителя RLC. При отсутствии прибора емкость можно проверить другими способами.

Конденсаторы большой емкости (1 мкФ и выше) на короткое замыкание проверяют омметром на максимальных пределах измерения, измеряя сопротивление между выводами и между выводами и корпусом, если корпус металлический. При этом от конденсатора отпаивают детали, если он в схеме и разряжают его. Прибор подготавливают для измерения больших сопротивлений, общий провод должен быть соединен с положительным выводом конденсатора, а измерительный — с корпусом.

Если емкость конденсатора больше 1 мкФ и он исправен, то после присоединения омметра конденсатор заряжается, и стрелка прибора быстро отклоняется в сторону нуля (причем отклонение зависит от емкости конденсатора, типа прибора и напряжения источника питания), потом стрелка медленно возвращается в положение «бесконечность». При наличии утечки омметр показывает малое сопротивление — сотни и тысячи ом, — величина которого зависит от емкости и типа конденсатора. При пробое конденсатора его сопротивление будет около нуля. При проверке исправных конденсаторов емкостью меньше 1 мкФ стрелка прибора не отклоняется, потому что ток и время заряда конденсатора незначительны.

При проверке омметром нельзя установить пробой конденсатора, если он происходит при рабочем напряжении. В таком случае можно проверить конденсатор мегаомметром при напряжении прибора, не превышающем рабочее напряжение конденсатора.

Конденсаторы средней емкости (от 500 пФ до 1 мкФ) проверяют с помощью последовательно подключенных к выводам конденсатора наушников и источника тока. Если конденсатор исправен, в момент замыкания цепи в головных телефонах слышен щелчок.

Конденсаторы малой емкости (до 500 пФ) проверяют в цепи тока высокой частоты. Конденсатор включают между антенной и приемником. Если громкость не уменьшится, значит, обрывов выводов нет.

Сопротивление изоляции конденсатора между выводами и каждым выводом и корпусом проверяют ламповым мегаомметром. При этом сопротивление изоляции бумажных конденсаторов должно составлять сотни и тысячи мегом, остальных — десятки и сотни мегом.

Прочность крепления выводов проверяется их покачиванием. Тем же проверкам подвергаются и новые конденсаторы, предназначенные для замены. При этом проверяется соответствие их параметров, указанных на корпусе, электрической схеме.

У конденсаторов переменной емкости проверяют плавность вращения ротора, отсутствие заеданий и люфтов. Конденсаторы переменной емкости проверяют на пробой при плавном повороте ротора. Проверить конденсатор на пробой можно и на специальной испытательной установке, прикладывая между выводами и каждым выводом и корпусом повышенное напряжение, превышающее номинальное в 1,5–3 раза в течение 10–60 с в зависимости от типа конденсатора.


4.4.3. Проверка катушки индуктивности

Проверка исправности катушек индуктивности начинается с внешнего осмотра, в ходе которого необходимо убедиться в исправности каркаса, экрана, выводов; в правильности и надежности соединений всех деталей катушки; в отсутствии видимых обрывов проводов, замыканий, повреждения изоляции и покрытий. Особое внимание следует обращать на места обугливания изоляции, каркаса, почернение или оплавление заливки.

Электрическая проверка катушек индуктивности включает проверку на обрыв, поиск короткозамкнутых витков и определение износа изоляции обмотки. Проверка на обрыв выполняется омметром. Увеличение сопротивления означает обрыв или плохой контакт одной или нескольких жил литцендрата. Уменьшение сопротивления свидетельствует о межвитковом замыкании. При коротком замыкании выводов сопротивление равно нулю. Для более точного представления о неисправности элемента необходимо измерить индуктивность. В заключение рекомендуется, проверить работоспособность катушки в исправном аппарате, подобном тому, для которого она предназначена.


4.4.4. Проверка трансформаторов и дросселей

По конструкции и технологии изготовления силовые трансформаторы, трансформаторы и дроссели НЧ весьма похожи. Все они состоят из обмоток, выполненных изолированным проводом, и сердечника. Проверку начинают с внешнего осмотра, в ходе которого находят и устраняют все видимые механические дефекты.

Проверка на короткое замыкание между обмотками, между обмотками и корпусом производится с помощью омметра (рис. 4.6а,б). Прибор включают между выводами разных обмоток, а также между одним из выводов и корпусом. Так же проверяется и сопротивление изоляции, которое должно быть не менее 100 МОм для герметизированных трансформаторов и не менее десятков мегаом для негерметизированных.



Мал. 4.6. Схемы проверки трансформатора на замыкание между обмоткой и сердечником ( а ), между обмотками ( б ), проверка коэффициента трансформации на холостом ходу ( в )


Самая сложная проверка на межвитковые замыкания. Существует несколько способов проверки трансформаторов:

1. Измерение омического сопротивления обмотки и сравнение результатов с паспортными данными. (Способ простой, но не слишком точный, особенно при малой величине омического сопротивления обмоток и небольшом количестве короткозамкнутых витков.)

2. Проверка коэффициентов трансформации на холостом ходу (рис. 4.6в). Коэффициент трансформации определяется как отношение напряжений, показываемых вольтметрами 2 и 1. При наличии межвитковых замыканий (изображено пунктиром) коэффициент трансформации будет меньше нормы.

3. Измерение индуктивности обмотки.

4. Измерение потребляемой мощности на холостом ходу. У силовых трансформаторов одним из признаков короткозамкнутых витков является чрезмерный нагрев обмотки.

Наиболее точные результаты получают, используя приборные способы проверки:

5. Проверка катушки с помощью специального прибора — анализатора короткозамкнутых витков.

6. Проверка трансформатора по форме выходной синусоиды, так называемая «частотная прогонка». Так проверяются трансформаторы питания НЧ (40–60 Гц), трансформаторы питания импульсных блоков питания (8-40 кГц), разделительные трансформаторы типа ТДКС (13–17 кГц), разделительные трансформаторы мониторов (CGA 13–17 кГц, EGA 13–25 кГц, VGA 25–50 кГц).

Для этого, например, разделительный трансформатор строчной развертки необходимо подключить согласно рис. 4.7 и подать на обмотку I синусоидальное напряжение 5-10 В частотой 10-100 кГц через конденсатор С емкостью 0,1–1,0 мкФ. На обмотке II, используя осциллограф, можно наблюдать форму выходного напряжения.

«Прогнав» на частотах от 10 до 100 кГц генератор НЧ, нужно, чтобы на каком-то участке получилась чистая синусоида (рис. 4.8а) без выбросов и «горбов» (рис. 4.8б).

Наличие эпюр во всем диапазоне (рис. 4.8в) говорит о межвитковых замыканиях в обмотках. Данная методика с определенной степенью вероятности позволяет отбраковывать трансформаторы питания, различные разделительные трансформаторы, частично строчные трансформаторы. Важно лишь подобрать частотный диапазон.



Мал. 4.7. Схема проверки трансформатора по форме выходной синусоиды



Мал. 4.8. Формы наблюдаемых сигналов


7. Проверка трансформатора, используя явление резонанса. Для проверки нужно собрать схему для параллельного (рис. 4.9а) или последовательного (рис. 4.9б) резонанса. Изменяя частоту генератора, нужно добиться резкого увеличения (в 2 раза и выше) амплитуды колебаний на контрольном устройстве (экран осциллографа или шкала вольтметра переменного тока). Это указывает, что частота внешнего генератора соответствует частоте внутренних колебаний LC-контура. Отсутствие или срыв колебаний (достаточно резкий) при изменении частоты генератора НЧ указывает на резонанс.



Мал. 4.9. Схема проверки трансформатора при использовании параллельного ( а ) и последовательного ( б ) резонанса


Для проверки закоротите обмотку II трансформатора. Колебания в LC-контуре исчезнут. Из этого следует, что короткозамкнутые витки срывают резонансные явления, чего мы и добивались. Наличие кнутых витков в катушке также приведет к невозможности наблюдать резонансные явления в LC-контуре.

Отметим, что для проверки импульсных трансформаторов блоков питания конденсатор С должен иметь емкость 0,01-1 мкФ. Частота генерации подбирается опытным путем.


4.4.5. Проверка полупроводниковых диодов

Простейшая проверка исправности полупроводниковых диодов заключается в измерении их прямого ( R пр ) и обратного ( R обр ) сопротивлений постоянному току. Чем меньше прямое сопротивление и больше обратное сопротивление, или, другими словами, чем выше отношение R обр / R пр , тем выше качество диода. Для измерения диод подключают к тестеру (омметру), как показано на рис. 4.10. При этом выходное напряжение измерительного прибора не должно превышать максимально допустимого для данного элемента.



Мал. 4.10. Схема проверки исправности диода: измерение прямого ( а ) и обратного ( б ) сопротивлений


Прямое сопротивление должно быть не больше 200 Ом, а обратное не меньше 500 кОм. Следует иметь в виду, что если прямое сопротивление — около нуля, а обратное стремится к бесконечности, то в первом случае имеется пробой, а во втором — обрыв выводов или нарушение структуры. Сопротивление диода переменному току меньше прямого сопротивления и зависит от положения рабочей точки.

Исправность высокочастотных диодов можно проверить включением их в схему работающего простейшего детекторного радиоприемника, как показано на рис. 4.11. Нормальная работа радиоприемника говорит об исправности диода, а отсутствие приема — о пробое.



Мал. 4.11. Схема проверки исправности ВЧ диода


Для применения в цифровых устройствах лучше всего использовать специальные импульсные диоды, имеющие малую длительность переходных процессов включения и выключения.


4.4.6. Проверка диодных мостов

Диодный мост иногда нелегко протестировать из-за соединения с вторичной обмоткой трансформатора. В таком случае его необходимо предварительно демонтировать. При проверке диодных мостов надо присоединить один из измерительных щупов к отрицательному или положительному выходу моста и протестировать подключенные к этому выводу диоды.

Для проведения полной проверки необходимо выполнить восемь тестов (по два на каждый диод). При этом полезно иметь под рукой эквивалентную схему, которая отражает внутреннее строение диодного моста.


4.4.7. Проверка впаянных компонентов

Чтобы не отпаивать некоторые особенно чувствительные к нагреву компоненты с целью их тестирования можно рассечь дорожки металлизации на печатной плате, соединяющие этот компонент с другими. После этого, обеспечив электрическую изоляцию, можно провести тестирование таким же образом, как и при отпайке компонентов. Не рекомендуется рассекать одновременно несколько дорожек, а сразу после окончания проверки исходное соединение следует восстановить.


4.4.8. Перевірка тиристорів

Простейший способ проверки тиристоров представлен на рис. 4.12. Сопротивление исправного тиристора составляет несколько мегаом, а пробитого — близко к нулю. Если анод исправного тиристора соединить на мгновение с управляющим электродом (УЭ), прибор покажет сопротивление короткого замыкания.



Мал. 4.12. Проверка тиристора с помощью мегомметра


4.4.9. Перевірка транзисторів

Чтобы проверить исправность полупроводникового транзистора, не включенного в схему, на отсутствие коротких замыканий, необходимо измерить сопротивления между его электродами.

Поскольку транзистор состоит из двух переходов, причем каждый из них представляет собой полупроводниковый диод, проверить транзистор можно таким же образом, как и диод. Для этого омметр подключают поочередно к базе и эмиттеру, к базе и коллектору, к эмиттеру и коллектору, меняя полярность подключения. На рис. 4.13 показано, как измеряют прямое и обратное сопротивление каждого из переходов. У исправного транзистора прямые сопротивления переходов составляют 30–50 Ом, а обратные — 0,5–2 МОм. При значительных отклонениях от этих величин транзистор можно считать неисправным.

С транзистором pn-р типа производят те же действия, но полярность напряжения должна быть обратной. Остается проверить переход коллектор-эмиттер, который не должен пропускать ток. При проверке ВЧ транзисторов напряжение батареи омметра не должно превышать 1,5 В. Следует также иметь в виду, что транзисторы Дарлингтона иногда имеют защитный диод, включенный между коллектором и эмиттером. Для более точной проверки необходимо использовать специальные приборы.



Мал. 4.13. Проверка транзистора с помощью омметра


Многие модели современных мультиметров имеют специальные гнезда для подключения транзисторов с целью проверки их исправности. Наличие такого прибора значительно упростит работу радиолюбителя и ускорит проверку. Для этого желательно измерить обратный ток коллектора, обратный ток эмиттера и ориентировочное значение коэффициента усиления по току. Пригодность транзистора определяется сравнением полученных при измерении данных с данными, указанными в паспорте транзистора.

При измерениях параметров отдельного транзистора можно выявить обрывы электродов и замыкания в транзисторах, но это же можно сделать и при измерениях в схемах с транзисторами. При этом нужно иметь в виду, что применяемый измерительный прибор должен обладать достаточно большим внутренним сопротивлением. При проведении электрических измерений можно сделать следующие выводы:

• при обрыве цепи базы напряжения базы и эмиттера отсутствуют, напряжение коллектора повышено;

• при обрыве цепи эмиттера напряжение коллектора повышено, напряжение базы почти нормальное, напряжение на эмиттере приблизительно равно напряжению базы;

• при обрыве цепи коллектора напряжения на всех электродах транзистора уменьшаются;

• при обрыве базы внутри транзистора напряжение базы близко к нормальному, напряжение эмиттера уменьшается, а напряжение коллектора повышается;

• при замыкании эмиттера и коллектора внутри транзистора напряжение базы изменяется незначительно, напряжение эмиттера возрастает, напряжение коллектора падает.


4.4.10. Проверка транзисторов без выпаивания

При ремонте бытовой радиоаппаратуры часто возникает необходимость проверить исправность полупроводниковых транзисторов без выпаивания из схемы. Один из способов проверки — измерение омметром сопротивления между выводами эмиттера и коллектора при соединении базы с коллектором (рис. 4.14а) и соединении базы с эмиттером (рис. 4.14б). При этом источник коллекторного питания отключают от схемы. Если транзистор исправен, в первом случае омметр покажет малое сопротивление, во втором — порядка нескольких десятков или сотен килоом.



Мал. 4.14. Схема проверки исправности транзистора


4.4.11. Проверка полевых транзисторов

Из многочисленных параметров полевых транзисторов практическое значение имеют только два: I С НАЧ — ток стока при нулевом напряжении на затворе и S — крутизна характеристики. Эти параметры можно измерить, используя простую схему, изображенную на рис. 4.15. Для этого потребуется миллиамперметр РА, например из состава мультиметра, батарея GB1 напряжением 9 В («Крона» или составленная из двух батарей 3336Л) и элемент GB2 напряжением 1,5 В (например, элемент АА).



Мал. 4.15. Проверка полевого транзистора


Сначала вывод затвора соединяют проволочной перемычкой с выводом истока. При этом миллиамперметр зафиксирует первый параметр транзистора — ток стока I С НАЧ . Записывают его значение. Затем снимают перемычку и подключают вместо нее элемент GB2. Миллиамперметр покажет меньший ток в стоковой цепи. Если теперь разность двух показаний миллиамперметра разделить на напряжение элемента, полученный результат будет соответствовать численному значению параметра S проверяемого полевого транзистора.

При измерении параметров полевого транзистора с р-n переходом и каналом пятила полярность включения миллиамперметра РА, батареи GB1 и элемента GB2 должна быть обратной.


4.4.12. Проверка элементов питания

Проверку гальванических батарей и сухих элементов осуществляют с помощью вольтметра при подключенной нагрузке (рис. 4.16). Нагрузкой может быть или лампа накаливания с соответствующим номинальным током, или резистор R , сопротивление которого рассчитывается по закону Ома (величина потребляемого тока берется порядка 100–200 мА). Для сухих элементов (1,5 В) напряжение, измеренное под нагрузкой, не должно быть меньше 1,36 В, а для гальванических батарей 4,5 В — от 3,8 до 4 В.



Мал. 4.16. Проверка гальванических батарей и сухих элементов с помощью вольтметра при подключенной нагрузке

4.5. Методы определения неизвестных параметров

4.5.1. Определение полярности электролитического конденсатора

Очень легко сделать ошибку при установке на плату электролитических конденсаторов, особенно импортного производства, так как справочную информацию по ним найти трудно, а на корпусе полярность не всегда указана. В этом случае удобно воспользоваться схемой, приведенной на рис. 4.17, которая позволит легко определить полярность конденсатора по минимуму тока утечки. Утечка замеряется косвенным методом по падению напряжения на резисторе R после окончания заряда подключенного конденсатора.

Напряжение, подаваемое с блока питания, не должно превышать допустимое рабочее для конденсатора. При неправильном подключении полярности конденсатора утечка будет в 10-100 раз больше по сравнению с правильным. Эти измерения проводят при помощи вольтметра с большим входным сопротивлением.



Мал. 4.17. Схема для определения полярности электролитического конденсатора


4.5.2. Определение емкости конденсатора

Маркировка конденсаторов при помощи цветового кода применяется достаточно редко. Значение емкости обычно пишется на корпусе прибора. Однако размер надписи на миниатюрных компонентах поверхностного монтажа столь мал, что ее невозможно прочесть. Иногда же маркировка неразборчива (из-за некачественной печати) или даже ошибочна и на классических компонентах. Чтобы с достаточной точностью определить емкость конденсатора, можно собрать простую схему генератора импульсов, показанную на рис. 4.18.



Мал. 4.18. Схема генератора импульсов


Вначале измеряют частоту генератора с эталонным конденсатором или, по крайней мере, с конденсатором известной емкости, а затем его заменяют компонентом, емкость которого требуется определить. Повторно измеряют частоту и определяют требуемый параметр с помощью простого соотношения. Такую схему можно без труда смонтировать на макетной плате, снабженной разъемом для подключения осциллографа.


4.5.3. Определение полярности выводов светодиодов

Светодиоды, как и все полупроводниковые диоды, имеют различающиеся выводы (анод и катод), требующие определенной полярности рабочего напряжения. Но в некоторых случаях установить расположение выводов непросто из-за отсутствия единого стандарта на маркировку. Например, не всегда можно полагаться на разные длины выводов (вывод анода обычно длиннее, чем катода) или на их внешний вид. Попытки определить тип электродов, рассматривая внутренность прозрачного корпуса светодиода, также не всегда приводят к успеху.

Для определения полярности выводов следует использовать мультиметр в режиме измерения сопротивления. Прежде всего, нужно сопоставить цвет используемых проводов с полярностью напряжения на выходных гнездах прибора. При инверсном подключении мультиметр не даст никаких показаний: сопротивление диода слишком велико. При правильной полярности поданного напряжения (отрицательный полюс источника соединен с катодом) обычно индицируется значение 1,6–1,8 кОм и наблюдается слабое свечение. Когда применяются однотипные светодиоды, достаточно установить полярность выводов для одного из них.

Наконец, при отсутствии мультиметра можно изготовить импровизированный тестер, используя батарейку и резистор, который подбирается так, чтобы обеспечить надежное зажигание светодиода при правильной полярности подключения без превышения допустимого тока (рис. 4.19).



Мал. 4.19. Тестер светодиодов


4.5.4. Определение цоколевки биполярного транзистора

В радиолюбительской практике часто бывает необходимо определить расположение выводов транзистора (например, импортного), а справочника под рукой нет. Особые трудности возникают при использовании маломощных транзисторов, у которых выводы не имеют маркировки. В этом случае цоколевку транзистора можно определить следующим способом.

Сначала с помощью омметра найдите вывод базы транзистора и определите его структуру. На омметре нужно установить предел измерения х10 и поочередно подключать его щупы к паре выводов, передвигаясь по кругу.

Обнаружив при подключении, что сопротивление между выводами мало (сотни ом), перенесите минусовый щуп омметра к оставшемуся свободным третьему выводу. Если омметр также зафиксирует малое сопротивление, значит, вывод, к которому оставался подключенным плюсовой щуп омметра, является базой, а структура транзистора — n-р-n .

Если будет зафиксировано большое сопротивление, поменяйте местами щупы. Резкое уменьшение сопротивление свидетельствует о том, что базой транзистора является вывод, к которому подключен минусовый щуп омметра, а сам транзистор имеет структуру р-n-р .

Может случиться, что вы не обнаружите вывод, который по указанной методике определяется как вывод базы. Это будет означать, что транзистор, скорее всего, неисправен.

Определив вывод базы, подключите щупы омметра к оставшимся двум выводам в произвольной полярности, принимая, что коллектором в данный момент является вывод, с которым соединен плюсовой щуп (для npn транзистора) или минусовой (для р-n-р транзистора). Затем подключите к выводам базы и предполагаемого коллектора постоянный резистор сопротивлением 30–50 кОм.(Отсчитав показания омметра, измените полярность его подключения и повторно подсоедините указанный резистор между выводами базы и предполагаемого коллектора. После этого вновь отсчитайте показания омметра. Вывод транзистора, на котором сопротивление при подключении резистора меньше, и будет коллектором, а оставшийся неопознанным вывод — эмиттером.

Следует иметь в виду, что плюсовым выводом омметра, входящего в состав мультиметра, обычно является общий вывод прибора.


4.5.5. Определение полярности источника постоянного тока

Ремонт различных устройств не всегда производится в мастерской, поэтому довольно часто под рукой не оказывается даже тестера (мультиметра). А нужно, скажем, определить полярность элемента питания, у которого стерлась маркировка (например, батарей с гибкими выводами, применяемых в технике связи). В таких условиях рекомендуется пользоваться следующими способами.

В стакан наливают теплую воду и растворяют в ней столовую ложку поваренной соли. Затем в воду опускают концы проводов, подключенных к выводам батареи. У провода, соединенного с отрицательным выводом батареи, будут интенсивно выделяться пузырьки газа (рис. 4.20а).

Сырой клубень картофеля разрезают на две части и в одну из частей со стороны среза втыкают на расстоянии 15–20 мм друг от друга провода от зажимов батареи, зачищенные от изоляции. Около провода, соединенного с положительным полюсом батареи, картофель окрасится в зеленый цвет (рис. 4.20б).



Мал. 4.20. Определение полярности источника постоянного тока с помощью раствора поваренной соли ( а ), картофеля ( б ), пламени свечи ( в ), самодельного индикатора ( г )


Два проводника, подключенных к источнику более высокого напряжения, вводят в пламя свечи. Под действием напряжения пламя свечи станет низким и широким, а на отрицательном электроде появится тонкая ленточка сажи (рис. 4.20в).

Для постоянного пользования можно изготовить простой индикатор для определения полярности неизвестного источника. Он представляет собой стеклянную трубочку, закрытую пробками, с пропущенными внутрь нее электродами (держатели спирали), взятыми от перегоревшей электролампы (рис. 4.20 г).

Для заполнения полости трубочки готовят раствор селитры (1 часть) в воде (4 части). К этому раствору добавляется такой же объем смеси из глицерина (5 частей) и раствора фенолфталеина (0,1 части) в винном спирте (1 часть).

Такой индикатор служит годами. У отрицательного полюса содержимое трубочки окрашивается в красный цвет, а если напряжение источника переменное, то оба электрода приобретают розовый оттенок. Чтобы вернуть прибор в исходное положение, достаточно встряхнуть трубочку.


4.5.6. Определение параметров неизвестного трансформатора

В радиолюбительской мастерской всегда найдется несколько трансформаторов, которые остались от старых приборов, но сохранили свою работоспособность. Вот только характеристики устройства или утеряны, или забыты. Но это не беда.

Чтобы определить параметры неизвестного трансформатора, нужно поверх его обмоток выполнить вспомогательную обмотку из нескольких витков ( N1 ) медного изолированного провода диаметром 0,12-0,4 мм. Затем, измеряя сопротивление обмоток омметром, надо определить обмотку с наибольшим сопротивлением и, считая ее первичной, подать на нее напряжение U1 сети переменного тока порядка 50-100 В. Вольтметр, включенный в цепь вспомогательной обмотки, покажет при этом напряжение U2 . Число витков N1 в обмотке, включенной в сеть, легко определить из известного соотношения.

Коэффициент трансформации между этими обмотками равен отношению N2 / N1 . Точно так же можно определить число витков и коэффициенты трансформации других обмоток. Точность расчетов по этому методу зависит от точности показаний вольтметра и от количества витков вспомогательной обмотки: чем больше витков, тем выше точность.


4.5.7. Определение внутреннего сопротивления стрелочного прибора

Для расчета элементов схемы при конструировании измерительных приборов необходимо знать характеристики самого стрелочного прибора. Сопротивление рамки магнитоэлектрического микроамперметра может быть измерено простым и безопасным способом. Для этого следует собрать цепь, состоящую из прибора РА , сопротивление рамки R вн , которого нужно определить, переменного добавочного резистора R доб , батареи питания GB , шунтирующего резистора R ш и выключателя SA (рис. 4.21).



Мал. 4.21. Измерение внутреннего сопротивления прибора


Сопротивление добавочного резистора R доб подбирают при отключенном R ш таким образом, чтобы стрелка прибора отклонилась на всю шкалу. Затем параллельно рамке прибора подключают шунтирующий резистор переменного сопротивления R ш , значение которого выбирают с таким расчетом, чтобы стрелка прибора отклонилась на половину шкалы. При данном условии ток в рамке будет равен току, протекающему через R ш , то есть R вн = R ш . Затем шунтирующий резистор можно отключить и измерить его величину с помощью омметра.

Подобным способом можно определить внутреннее сопротивление измерительного генератора, а также выходного каскада усилителя НЧ. К выходу ненагруженного устройства нужно подключить ламповый вольтметр, показания которого записывают при отсутствии нагрузки на выходе. Затем к выходу генератора (усилителя) подключают сопротивление такой величины, чтобы показания вольтметра уменьшились вдвое. Внутреннее сопротивление генератора на данной частоте будет точно равно величине сопротивления подключенного резистора.


4.5.8. Определение параметров коаксиального кабеля

Одним из основных параметров высокочастотного кабеля является волновое сопротивление. Обычным омметром его не измерить — для этого нужен специальный прибор. Сам кабель (отечественного производства) не имеет маркировки, и если вы не знаете его тип, то, воспользовавшись штангенциркулем, легко сможете определить волновое сопротивление с помощью несложных вычислений.

Для этого нужно снять внешнюю защитную оболочку с конца кабеля, завернуть оплетку и измерить диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции. Затем снять изоляцию и измерить диаметр центральной жилы. После этого результат первого измерения разделить на результат второго: при полученном отношении примерно 3,3–3,7 волновое сопротивление кабеля составляет 50 Ом, при отношении 6,5–6,9-75 Ом.

Вторым важным параметром является удельное затухание . Эта величина характеризует потери уровня сигнала при его прохождении через один метр кабеля и позволяет сравнивать кабели разных марок. Затухание тем сильнее, чем больше длина кабеля и выше частота сигнала. Удельное затухание измеряется в децибелах на метр (дБ/м) и приводится в справочниках в таблицах или на графиках.

На рис. 4.22 приведены зависимости удельного затухания коаксиальных кабелей разных марок от частоты. Пользуясь ими, можно подсчитать затухание сигнала в кабеле на любой частоте при известной его длине.



Мал. 4.22. Удельное затухание коаксиальных кабелей


Обозначение отечественного коаксиального кабеля состоит из букв и трех чисел: буквы РК обозначают радиочастотный коаксиальный кабель, первое число показывает волновое сопротивление кабеля в омах, второе — округленный внутренний диаметр оплетки в миллиметрах, третье — номер разработки. Из графика видно, что удельное затухание зависит от толщины кабеля: чем он толще, тем удельное затухание меньше.

Зная длину кабеля, можно перевести затухание (в децибелах) в относительное ослабление уровня сигнала на выходе, воспользовавшись табл. 4.1.



4.5.9. Расчет волнового сопротивления линии

Для практического определения волнового сопротивления любой неизвестной линии передачи, от коаксиального кабеля до пары скрученных проводов, нужно воспользоваться измерителем индуктивности и емкости. Волновое сопротивление линии с малыми потерями определяется по формуле:


где Z - волновое сопротивление, Ом ; L — индуктивность закороченной линии, Гн ; С - емкость разомкнутой линии, Ф . Для расчета необходимо выполнить измерение индуктивности закороченного участка линии длиной 1–5 м, а затем измерить емкость этого же участка, разомкнутого на конце. При меньшей или большей длине отрезка линии погрешность измерения увеличивается.

Например, волновое сопротивление сетевых шнуров питания лежит в пределах 30–60 Ом, большинства экранированных микрофонных шнуров — 40–70 Ом, телефонной пары — 70-100 Ом.

глава 5
Устранение неисправностей

В настоящее время умение устранять неисправности в электронных схемах утратило былую популярность, хотя это занятие прекрасно помогает в освоении основных технологий и знакомит с процессом изготовления различных схем. Оно открывает возможность изучения методов работы опытных специалистов в различных областях техники, живущих в разных странах; такой опыт послужит ценным дополнением к другим формам повышения квалификации. Всегда стоит задуматься о том, какие причины побудили конструктора прибегнуть именно к данному, а не к какому-либо другому типу разработки схемы.

Эти причины могут быть как чисто техническими, так и экономическими. Иногда компонент используется неожиданным образом, выполняет совершенно не те задачи, для которых его создавали. Кроме того, применение оригинальной конструкции механических деталей может существенно снизить срок изготовления, а следовательно, и цену устройства.

Иногда на практике применяются подходы, которых теоретически следовало бы избегать, причем они работают, хотя и непонятно каким образом. Конечно, речь не идет о том, чтобы копировать устройства, созданные долгим трудом других людей, с целью извлечения из этого прибыли. Но возможность совершенствовать свои познания — это тоже прибыль, хотя и другого рода.

5.1. Мелкий ремонт

5.1.1. Установка перемычки на плату

Обрыв токопроводящей дорожки на плате чаще всего происходит из-за неаккуратного ремонта (выгорание проводника при его перегреве). Иногда обрыв может возникнуть в результате деформации самой платы или механического повреждения проводника. Если в проводнике образовалась трещина не более 1 мм, то ее следует залить припоем так, чтобы он прочно соединился с проводником на 5-10 мм по обе стороны от обрыва. При повреждении проводника на большом протяжении его восстанавливают прокладкой луженого медного провода диаметром 0,8–1 мм, концы которого впаивают в металлические пистоны, имеющие на концах токопроводящие дорожки. Провод укладывают и приклеивают, чтобы не нарушать прежнего взаиморасположения проводов, так как в противном случае могут изменяться емкости между проводниками, что приведет к изменению взаимосвязей между различными элементами схемы.

Если доступ к поврежденной печатной линии затруднен, то устанавливают перемычку с другой стороны платы. Провод выгибают буквой П во избежание замыкания других линий. Концы перемычки припаивают к конечным точкам поврежденной дорожки. Прогоревший участок изоляционной основы платы высверливают, а поврежденный участок схемы заменяют навесным монтажом (проводами).


5.1.2. Ремонт галетного переключателя

Срок службы поворотного галетного переключателя во многом зависит от интенсивности его использования, а следовательно, от его роли в работе устройства. Довольно часто переключатели приходится заменять или, если вы имеете дело с оригинальной моделью, ремонтировать. Как правило, неисправность возникает из-за того, что контактный лепесток недостаточно сильно прижимается к проводящим дорожкам. Иногда, чтобы восстановить функционирование переключателя, достаточно немного подогнуть пружину, нажимающую на лепесток. Может оказаться, что неисправность носит более серьезный характер и требуется замена всего устройства или его части. В этом случае можно взять аналогичные детали от более распространенной модели и каким-то образом подогнать их. Случается также, что неисправность вызвана просто потерей шарика, это особенно часто встречается у более ранних моделей, не имеющих крышки. Такую неисправность легко устранить, подобрав на замену шарик подходящего размера (например, от шарикоподшипника).


5.1.3. Проблема старения конденсаторов

Как правило, с явлениями старения и износа в электронике приходится сталкиваться довольно редко. Компоненты схем обычно выходят из строя из-за ошибок при эксплуатации или из-за длительного нагрева. Однако случается, что электролитические конденсаторы со временем приходят в негодность из-за высыхания электролита. В основном это относится к алюминиевым конденсаторам, однако старению подвержены также и малогабаритные танталовые конденсаторы. При этом нет никаких внешних признаков дефекта, что в значительной степени усложняет диагностику. Невозможно выделить определенные типы схем, наиболее подверженных этой неисправности. Она может затронуть конденсаторы RC-цепей или схем установки начального состояния микроконтроллеров, разделительные конденсаторы и т. д. Поэтому все конденсаторы, вызывающие подозрение, следует проверить с помощью тестера. При обнаружении неисправного компонента его необходимо заменить.


5.1.4. Замена конденсаторов с неизвестными параметрами

Если при замене конденсатора отсутствуют его данные, то нужно пользоваться схемой этого или сходного устройства, а если ее нет, то приходится ставить конденсатор, похожий по внешнему виду. При этом нужно учитывать условия эксплуатации и руководствоваться следующими соображениями.

Номинальное напряжение конденсатора определяют с учетом постоянной и переменной составляющих напряжения в месте установки конденсатора. Сумма постоянной и амплитуды переменной составляющих не должна превышать номинального напряжения, а для электролитических конденсаторов амплитуда переменной составляющей не должна превышать величины постоянной составляющей. Рабочее напряжение электролитических конденсаторов должно быть ниже паспортного на 10–20 %.


5.1.5. Очистка устройства от пыли

Полная очистка внутреннего пространства корпуса иногда является важным этапом, который предшествует любым попыткам устранения неисправностей, особенно при наличии вентилятора охлаждения (в компьютерах, источниках питания). Не следует применять компрессор с форсункой для обдува во избежание риска повреждения наиболее хрупких компонентов. Кроме того, бесполезно перегонять пыль или другие частицы мусора из одного места в другое, чтобы загнать их еще глубже. В этой ситуации пылесос гораздо лучше очистит устройство. Однако диаметр его трубы совершенно не подходит для подобного применения.

Разумнее использовать трубку меньшего сечения, подобную тем, что применяются для аэрации аквариумов. Трубка вставляется в отверстие, просверленное в шарике из пенопласта. Этот шарик вставляется в трубу пылесоса (рис. 5.1). Получившееся приспособление позволяет удалять также стружку и мелкий мусор со дна корпуса после сверления и прокладки кабелей.



Мал. 5.1. Самодельное устройство для отсоса пыли

5.2. Демонтаж компонентов с печатных плат

5.2.1. Особенности демонтажа компонентов

Некоторые фирмы избавляются от множества приборов или их частей, иногда даже находящихся в рабочем состоянии, в основном по причинам чисто экономического характера. Обычно это устаревшие модели или оборудование, ремонт которого потребует слишком высоких затрат.

Лучше хранить подобные платы, не демонтируя их, чтобы пользоваться ими по мере необходимости как банком деталей. Бессмысленно демонтировать все детали, если нет уверенности, что они когда-нибудь пригодятся. С другой стороны, если часть деталей снять, а другие выбросить вместе с платой, через некоторое время об этом можно пожалеть.

На практике допустимо использовать все, что расположено на печатной плате, а также внешние элементы: радиаторы охлаждения, вентиляторы, сетевые шнуры, разъемы и выключатели. Конечно, вряд ли стоит снимать резисторы и другие дешевые компоненты.

При наличии защитного лака в схемах специального исполнения операция отпайки усложняется, как и при работе с двусторонними печатными платами. В этих случаях от демонтажа компонентов лучше отказаться.


5.2.2. Демонтаж крупных компонентов

Демонтаж крупных компонентов с большим числом выводов, в частности трансформаторов, с целью их последующего использования иногда является сложной задачей. Ее можно облегчить, если распилить печатную плату вокруг выводов так, чтобы обойти все контактные площадки (рис. 5.2). Затем их достаточно нагреть и тем самым высвободить соответствующие выводы.



Мал. 5.2. Демонтаж трансформатора


При замене вышедших из строя многоштырьковых радиоэлементов (микросхем, контурных катушек, малогабаритных трансформаторов и других деталей с несколькими выводами) часто допускают следующую ошибку: непрерывно нагревая контакты, наклоняют выпаиваемую деталь в стороны и постепенно вытягивают ее из гнезд печатной платы. При этом фольга печатного монтажа отслаивается и в результате повреждается печатная плата ремонтируемой радиоаппаратуры. Целесообразно для удаления припоя использовать отсос или оплетку (см. ниже).


5.2.3. Изготовление отсоса для припоя

Специальный паяльник с отсосом для припоя, применяемый для демонтажа компонентов, крайне дорог, поэтому его покупка оправдана только в случае проведения интенсивных ремонтных работ.

Нужное приспособление несложно сделать своими руками. Для этого понадобится небольшой компрессор, имеющий всасывающий вход. Чтобы включать компрессор, удобно использовать педаль. Тогда руки останутся свободными для работы. Пластмассовая трубка малого диаметра, подобная трубкам для аэрации аквариумов, может служить для всасывания припоя. Ее конец надевают на жесткую металлическую трубку или на полый разъем RCA, с которого снята пластмассовая крышка (рис. 5.3).



Мал. 5.3. Отсос для припоя


Теперь процесс распайки пойдет легко: припой разогревается паяльником и втягивается отсосом в трубку. Когда наконечник забит, достаточно его нагреть и, постучав по столу, вытряхнуть содержимое. Можно также работать с небольшим куском пластмассовой трубки, вставленным в трубку большего диаметра, и обрезать его по мере использования (подойдут трубки, применяющиеся в медицине, например для переливания крови).


5.2.4. Использование демонтажной трубки

Можно выпаивать каждый контакт демонтируемого компонента отдельно с помощью простого приспособления (рис. 5.4).



Мал. 5.4. Приспособление для выпайки электрорадиоэлементов из печатной платы


Оно представляет собой трубку диаметром 1 мм, изготовленную из металла, который плохо облуживается (например, нержавеющая сталь или алюминий). Толщина стенки трубки не должна превышать 0,2 мм, иначе она не пройдет между контактом и отверстием в плате.

Чтобы выпаять контакт, на него надевают трубку и хорошо прогревают паяльником. Трубку, вращая, вводят в зазор между контактом и стенками отверстия. После затвердения припоя трубку осторожно вынимают. В результате многоштырьковый радиоэлемент или малогабаритный трансформатор легко снимается, а фольга печатного монтажа и выпаиваемый радиоэлемент не повреждаются.

Игла от медицинского шприца также может быть использована для извлечения микросхем из печатных плат. Применение насадок к паяльникам в этом случае малоэффективно, поскольку часто происходит перегрев выводов микросхемы, а также отслаивание проводящей дорожки от платы. С помощью иглы значительно легче вынуть микросхему: перегрев исключается, а отверстия в плате остаются чистыми, что позволяет сразу перейти к установке новой микросхемы.

Для этого потребуется игла, диаметр отверстия которой соответствует диаметру выводов микросхемы. Конец иглы стачивают под прямым углом, до основания заостренного скоса, а на другой конец надевают кусочек пластмассовой трубки. Иглу насаживают на выступающий вывод микросхемы, а паяльником разогревают припой возле вывода, одновременно нажимая на иглу. При этом игла входит в отверстие печатной платы, отделяя контактную площадку от вывода микросхемы. Так как игла сделана из нержавеющей стали, она не залуживается и припой к ней не пристает. Вместе с тем игла отводит тепло от вывода микросхемы во время прогрева пайки. После затвердения припоя игла снимается с вывода и надевается на следующий. Таким образом поочередно освобождают от соединения с платой все выводы микросхемы при их минимальном и кратковременном прогреве.

Пользуясь набором игл разных диаметров, можно выпаивать из печатных плат не только микросхемы, но и другие элементы, обеспечивая целостность контактных дорожек платы. Припой, попавший внутрь иглы, легко удалить, прогревая иглу с помощью паяльника и одновременно продувая ее через трубку.


5.2.5. Использование оплетки для удаления припоя

Радиолюбители и специалисты, работающие в небольших ремонтных мастерских, предпочитают удалять припой с помощью сетки. Действительно, при редком использовании она обходится недорого и проста в применении, если соблюдать некоторые несложные правила.

Для демонтажа некрупных компонентов лучше подходит луженая сетка небольшой ширины (2 мм). Отработанный конец сетки регулярно отрезают, чтобы в полной мере использовать эффект капиллярности. Такая технология требует известной сноровки, поскольку приходится отрывать вывод компонента от стенок отверстий, одновременно поддерживая сетку и направляя наконечник паяльника. Если припой не снимается, возможно, потребуется добавить его в небольшом количестве. Добавленный припой смешается с остатком и притянет его к сетке.

При демонтаже унифицированных катушек, трансформаторов НЧ и т. п., каркасы которых изготовлены из полистирола, можно воспользоваться отрезком металлической оплетки, снятой с экранированного провода диаметром 2–3 мм. Оплетку прикладывают к месту пайки со стороны печатных проводников и плотно прижимают к ней жало нагретого паяльника. Расплавившийся припой впитывается оплеткой, и вывод детали освобождается. Для лучшего впитывания припоя оплетку рекомендуется пропитать канифолью или канифольным флюсом. Использованную часть оплетки после каждой пайки отрезают. Освободив от припоя все выводы, деталь легко снимают с платы.


5.2.6. Замена компонентов

Если необходимо заменить вышедшую из строя деталь (резистор, конденсатор, транзистор и т. п.), не следует выпаивать ее из платы, так как это может привести к отслаиванию печатных проводников от основы. Выводы поврежденной детали нужно аккуратно перекусить кусачками с таким расчетом, чтобы в плате остались концы длиной 8-10 мм. К ним и припаивают исправную деталь. Припаивать новую деталь нужно быстро, не допуская перегрева места пайки, иначе может перегореть печатный проводник. У новой детали, устанавливаемой на плату, длина выводов должна быть минимальной, однако достаточной для того, чтобы она не прикасалась к другим деталям.

Очень важно, чтобы пайка во всех случаях производилась паяльником мощностью не более 50 Вт. Перед пайкой аппаратуру нужно отключить от сети, так-как иногда паяльник может быть закорочен на корпус. В этом случае возможно замыкание сети через корпус паяльника и печатные проводники, что приведет к выгоранию печатного слоя.


5.2.7. Демонтаж микросхем

Планарные микросхемы удобно выпаивать, продев под одним рядом лапок нитку и закрепив ее с одной стороны. Затем, нагревая лапки, потянуть за другой конец нитки. Таким образом, под некоторым давлением лапки одна за другой аккуратно отделятся от платы.

Если сама плата или основа больше не требуется, то можно выпаять микросхему, нагрев плату над электроплитой или газовой горелкой со стороны проводников. Тут необходим определенный навык и осторожность. Однако данный метод очень удобен для снятия с платы всех деталей.

При демонтаже микросхем, впаянных в печатные платы, паяльник должен быть небольшого размера, мощностью не более 40 Вт, с температурой нагрева жала не более 200 °C, с насадкой. Насадка имеет два широких жала, которые прижимаются к рядам припаиваемых выводов микросхемы. Она навинчивается на резьбу на жале паяльника. Припой должен иметь низкую температуру плавления, количество его при пайке должно быть минимальным. Пайка должна производиться несколько секунд при отключенном питании паяльника.

5.3. Методика устранения неисправностей

5.3.1. Поиск тепловых неисправностей

Тепловые неисправности печатного монтажа обнаружить очень трудно, а порой и вовсе невозможно. Кроме того, проявляться они могут не постоянно, что создает ложный эффект их самоустранения.

Повышение температуры, с одной стороны, бывает причиной выхода прибора из строя, а с другой стороны — может помочь в выявлении причины неисправности. В этом случае для проверки допустимо использовать термическое испытание. Иногда причину неисправности можно обнаружить, если подключать все компоненты один за другим на короткое время к источнику напряжения и прикладывать к ним палец, проверяя степень нагрева. При этом надо быть осторожным, чтобы не обжечься.

Существует и другой вариант проверки: струя воздуха от фена направляется на различные участки схемы. Это также позволяет выявить возможные неполадки. Если сузить отверстие для выхода воздуха, то его поток можно направлять с большей точностью.

Еще один из путей решения этой проблемы — способ выборочного охлаждения. Суть его заключается в обнаружении неисправного компонента путем локального понижения температуры. Порядок действий следующий:

1. Включить устройство и выждать, пока не проявится неисправность (при необходимости можно прибор немного нагреть, скажем, феном или на батарее отопления).

2. Взять из морозильника кусочек льда и завернуть его в полиэтилен для предупреждения возможных замыканий при таянии.

3. Выключить устройство и приложить лед на 10–20 с к корпусу тестируемой детали (микросхеме).

4. Включить и посмотреть, проявилась ли неисправность.

5. Повторять последние два пункта до устранения неисправности.

При охлаждении детали, дающей тепловой сбой, неисправность исчезнет. Останется только выпаять негодный элемент и заменить новым.


5.3.2. Ремонт источника питания

Наиболее вероятные причины неисправностей, которые следует устранять в первую очередь, касаются источника (или источников) питания вышедшей из строя схемы. После проверки подключения и предохранителей выполняется внешний осмотр, в процессе которого иногда удается выявить неисправность трансформатора по коричневатому цвету его обмотки. Это обычно свидетельствует о перегреве трансформатора, в результате чего могла нарушиться межвитковая изоляция. Залитые модели, рассчитанные обычно для работы на пределе своих возможностей, имеют ограниченный срок службы, что связано с плохими условиями отвода тепла.

Следующий этап поиска касается схем выпрямления и фильтрации. В первую очередь следует проверить, не произошло ли короткое замыкание в конденсаторе, особенно если расплавился предохранитель. Подключение мультиметра в позиции омметра к конденсатору приводит к зарядке или разрядке последнего в зависимости от полярности измерительных щупов. Следовательно, прибор может показать короткое замыкание, которого на самом деле нет. Поэтому тестирование следует проводить достаточно долго, чтобы закончилось протекание тока зарядки. В установившемся режиме (если конденсатор исправен) тестер должен показать практически бесконечное сопротивление.

Затем можно перейти к поиску возможных неисправностей в стабилизаторах. После того как схема будет проверена (при необходимости с использованием технической документации), следует обратить внимание на вход стабилизатора.

Иногда во входной цепи стоит мощный резистор, предназначенный для понижения напряжения до приемлемой величины. Этот резистор может перегреться, что в конце концов приведет к разрыву цепи. В этом случае, прежде чем его заменить, все же рекомендуется тщательно исследовать оставшуюся часть схемы.

Между входами и выходами, а также по отношению к общей точке не должно существовать замыканий. Если произошло короткое замыкание, для выяснения его причины необходимо демонтировать стабилизатор. Во время повторной сборки схемы рекомендуется проверить изоляционные прокладки из слюды и других материалов. Если источник питания по-прежнему не функционирует, нужно исследовать другие компоненты схемы. Необходимо искать любые следы нагрева или неисправности как на печатной плате, так и под ней. На проводящих дорожках иногда образуются разрывы, а контактная площадка может отслоиться от платы.

После проверки всех активных и пассивных компонентов наступает очередь интегральных схем. Их проверка облегчается, если они вставлены в специальные панели. В таком случае схемы вынимаются одна за другой, и проверяется наличие замыкания на выходе источника питания до исчезновения дефекта. Для подключения источника питания к логическим ИС обычно служат верхний правый вывод (14 или 16) для положительного полюса и нижний левый (7 или 8) для общей точки. Однако имеются исключения, например ИС типа CD4049 и CD4050. Множество операционных усилителей, например LM324, TL084 и др., также имеют стандартное расположение выводов ( + (плюс) на выводе 4, а «земля» или — (минус) на выводе 11). Иногда обнаруживается неизвестный компонент (модель невозможно идентифицировать или она засекречена во избежание копирования). Впрочем, вполне может оказаться, что расположение выводов соответствует принятым стандартам и данный компонент можно тестировать. Когда причина неисправности найдена, схемы по очереди ставятся на место и каждый раз проверяется работа источника питания.

На практике редко встречаются серийные ИС, вставляемые в панели, за исключением программируемых схем. При этом крайне трудно осуществить поочередную отпайку интегральных схем. Такая операция рискованна как для компонентов (из-за нагрева), так и для печатной платы (из-за отслаивания дорожек) даже при использовании высококачественного отсоса для припоя. Если мы имеем дело с двусторонней платой, результаты могут быть просто катастрофическими.

В качестве возможного варианта решения проблемы допустимо рассечь дорожки металлизации, подводящие напряжение питания, резаком, следя за тем, чтобы не повредить близлежащие соединения. Лак, покрывающий дорожку, должен быть счищен с обеих сторон разреза, чтобы потом удалось выполнить мостик из припоя для восстановления соединения. (Еще раз напоминаем, что необходимо быть особенно внимательными при работе с двусторонними печатными платами.) Затем выполняется тестирование — так, как описано выше.

Соединения выводов неисправного компонента также проверяют перед подключением к источнику питания. Это позволяет выявить другие возможные причины неполадок. Если в результате проверки неисправности не обнаружены (не найдено короткое замыкание и отсутствует напряжение), то следует вновь вернуться к трансформатору, одна из обмоток которого может быть разорвана.

Тестирование при помощи омметра должно показать на вторичной обмотке сопротивление ниже 10 Ом, а на первичной — порядка 100 Ом. Эти величины справедливы только для небольших трансформаторов (мощностью ниже 30 ВА). Желательно сравнить трансформатор с идентичным исправным прибором. Разумеется, между разными обмотками не должно быть никакой электрической связи. Необходимо внимательно проверить отсутствие закороток на печатной плате: их устранение потребует полного демонтажа.

Наконец, отметим, что при многочисленных измерениях, которые обычно проводятся относительно общего (заземляющего) вывода, в качестве базовой точки можно использовать выход стабилизатора (положительный вывод), к которому несложно присоединить зонд осциллографа или мультиметра.


5.3.3. Особенности проверки оптического детектора

В некоторых устройствах для определения положения компонентов используются оптоэлектронные датчики (детекторы излучения). Они применяются, например, в детекторах конца прохода каретки с головкой принтера или в индикаторах наличия кассеты в видеомагнитофоне. В нормальном режиме работы такие датчики защищены от света крышкой корпуса.

Во время проверки оптические детекторы могут быть засвечены слишком ярким светом. Об этом следует помнить при наличии сбоев, поскольку неисправность оптических детекторов может привести к неожиданным последствиям и иногда даже к порче механических компонентов (выход из строя автоматической системы управления).


5.3.4. Проверка логических состояний

Проводя поиск причины неисправности, важно иметь ясное представление о работе логической схемы устройства. При анализе выполняемой логической функции необходимо проверить соответствие состояний выхода сигналам на входах. Так, простой инвертор должен иметь на выходе уровень, обратный уровню на входе. Амплитуда сигналов также имеет большое значение. Напряжение 4,5 В на выходе схемы, питаемой от напряжения 5 В, должно настораживать всегда, за исключением некоторых случаев (например, непосредственное подключение светодиода к выходу без дополнительного транзистора).

Если на входе схемы стоят кнопки или переключатели, необходимо проверить соответствующие соединения и проследить пути прохождения сигналов. При наличии счетчика следует проверить работу его тактового генератора, отсутствие блокировки по входу установки начального состояния, а также продвижение сигналов на выходах. Если на работу логической схемы влияет переменный резистор, то вполне возможно, что сбой вызван нарушением его установки в результате удара или вибрации. Появление пульсаций напряжения источника питания интегральной схемы также может быть признаком неисправности. Рекомендуется обратить внимание на показания осциллографа, которые могут зависеть от подключения общего провода.

Интересен случай проверки интегральной схемы, которую невозможно идентифицировать, поскольку изготовитель сознательно пытался скрыть номер модели. При наличии некоторого опыта тип схемы можно распознать по компонентам, которые ее окружают. Так, генератор-счетчик типа CD4060 практически всегда снабжен конденсатором и двумя резисторами, которые подключены к его выводам 9, 10 и 11. Наличие положительного полюса питания на выводе 4, так же как и отрицательный потенциал на выходе, обычно свидетельствует о том, что речь идет об операционном усилителе.

Во всех случаях неоценимую помощь могут оказать справочные издания и многочисленные схемы, публикуемые в технических журналах.


5.3.5. Маркировка демонтируемых компонентов

Любая операция демонтажа неисправного прибора должна начинаться с тщательной маркировки всего набора снимаемых элементов. Следует тщательно записать цвет каждого провода, отметить ориентацию соединительных элементов, даже если для них существует единственный вариант включения. Желательно пронумеровать детали типа «вилка» и «гнездо» с помощью маркера. Также имеет смысл пометить все резьбовые детали, винты различных размеров и механические детали, сборка которых вызывает трудности. Чтобы ничего не потерять, рекомендуется разложить детали по пакетам.

При наличии подвижных элементов (кулачков, кареток и т. д.) следует точно запомнить или даже лучше зарисовать их положение, поскольку оно может оказаться важным для электронных схем управления при включении.

додатки

Приложение 1. Расположение и назначение выводов разъемов

В практике радиолюбителя часто приходится перепаивать некоторые разъемы для подключения устройств друг к другу, а расположение и назначение выводов вы не знаете или забыли. Приведенные ниже сведения помогут восполнить этот пробел. При подключении нештатных устройств, используя эти разъемы, рекомендуется придерживаться стандартного назначения некоторых выводов во избежание неприятностей при случайном подключении такого разъема к аппаратуре.

Разъемы DIN (СРЗ и СР5) в 70-80-е годы XX века широко применялись в отечественной аудиоаппаратуре. У табл. П1.1 представлены некоторые варианты использования выводов разъемов.



Разъемы D-SUB стандарта RS232 используются в качестве низковольтных компьютерных соединителей и имеют от 9 до 78 контактов. Например, разъем DB9 (табл. П1.2) используется в качестве последовательного порта (СОМ-порт) для подключения периферийных устройств к ПК.



Разъем DB25 , как правило, используется в качестве параллельного порта (LPT-порт) для подключения принтера к ПК (табл. П1.3). К этому порту можно также подключать самодельные устройства, управляемые компьютером.




Разъем Peritel (SCART) используется в основном для соединения между собой бытовой видеоаппаратуры (табл. П1.4).



Соединители типа RJ имеют от 2 до 10 контактов. Их удобно использовать не только для телефонных линий (RJ-11) и подключения компьютеров в сети (RJ-45), но и для быстрого соединения различных самодельных устройств. Вилочная часть имеет обозначение ТРх-6Р4С (для RJ-11), розеточная — TJx-8P8C (для RJ-45), где х- цифровое или буквенное значение, определяющее разновидность разъема. У табл. П1.5, П1.6 представлена цветовая маркировка жил телефонного провода, прямого провода (компьютер-концентратор) и кросс-кабеля (компьютер-компьютер).



Приложение 2. Химические источники тока

Радиоэлектронные приборы, работающие автономно, имеют встроенный источник питания того или иного типа. Рассмотрим некоторые химические источники тока (ХИТ).

Для питания бытовой и радиолюбительской аппаратуры чаще других используют марганцево-цинковые элементы и батареи с различными электролитами (солевым, хлоридным или щелочным) или воздушной деполяризацией. Широкое распространение получили также ртутно-цинковые, серебряно-цинковые и литиевые ХИТ. Конструктивно ХИТ обычно имеет форму цилиндра (цилиндр малой высоты называют таблеткой или пуговицей).

По рекомендации МЭК такие ХИТ имеют в обозначении:

• букву, определяющую электрохимическую систему ( L — алкалиновая, S — серебряно-цинковая, М или N — ртутно-цинковая и др.);

• букву, говорящую о форме элемента ( R — цилиндрическая, от англ. Ring — круг; F — прямоугольная, от англ. Foursquare — квадрат);

• число от 1 до 600, условно определяющее размеры элемента.

Применяя ХИТ той или иной системы, следует, конечно, знать ее возможности, особенности эксплуатации и т. п.


Солевые элементы и батареи

Первый тип — это марганцево-цинковые элементы. Это, прежде всего, хорошо известные батареи Лекланше с солевым электролитом (водным раствором хлорида аммония и хлорида цинка). Они могут эксплуатироваться при температурах от -5 до +50 °C. Имеют заметный саморазряд и недостаточно хорошую герметичность. Дешевы. Могут иметь надпись Marganese-Zihc .

Другой тип — угольно-цинковые ХИТ с водным раствором хлорида цинка. Энергетические показатели этих источников примерно в 1,5 раза выше, чем у элементов и батарей предыдущей группы. Могут эксплуатироваться при температурах от -20 до +55 °C. Имеют меньший саморазряд и лучшую герметичность. Допускают больший разрядный ток. У табл. П2.1 приведены данные солевых элементов и батарей по международным (МЭК) и государственным (ГОСТ, ТУ) стандартам.



Щелочные (алкалиновые) элементы и батареи

Электрохимическая система аналогична электрохимической системе марганцево-цинковых элементов, но в качестве электролита здесь используется щелочь в виде водного раствора гидрооксида калия. Алкалиновый элемент можно перезаряжать до 10–15 раз, но его повторная отдача не превысит 35 % начальной. Для перезарядки годятся элементы, сохранившие герметичность и имеющие напряжение не менее 1,1В. Алкалиновые ХИТ могут эксплуатироваться при температурах от-30 до +55 °C. Допускают значительные разрядные токи. На корпусе элемента обычно имеется надпись Alkaline . Применяются в устройствах со средним и высоким энергопотреблением: фотовспышки, электробритвы, диктофоны, плейеры, магнитофоны, телефоны, радиостанции, мощные фонари. У табл. П2.2 приведены данные алкалиновых элементов и батарей по международным (МЭК) и государственным (ГОСТ, ТУ) стандартам.



Воздушно-цинковые элементы

Электрохимическая система: цинк-воздух-гидрооксид марганца. Гидрооксид марганца МпООН окисляется кислородом воздуха до МnО 2 . Для подвода и удержания О 2 используют специальные конструкции и материалы катода (элемент активизируется лишь после извлечения пробки, открывающей доступ воздуху). ХИТ с воздушной деполяризацией обладают высокой емкостью и длительным сроком хранения и могут работать при температурах от -15 до +50 °C. Они выпускаются в ограниченном количестве и в основном используются в слуховых аппаратах.


Ртутно-цинковые элементы и батареи

Электрохимическая система: цинк-оксид ртути-гидрооксид натрия. Источники тока имеют высокие энергетические показатели. Работоспособны лишь при положительных температурах (от 0 до +50 °C). При малых токах разряда и стабильной температуре напряжение на элементе остается почти неизменным. Практически не имеют газовыделения. Из-за наличия ртути экологически вредны и к применению не рекомендуются. Их можно отличить по надписи Mercuri . У табл. П2.3 приведены данные ртутно-цинковых элементов и батарей по международным (МЭК) и государственным (ГОСТ, ТУ) стандартам.



Серебряно-цинковые элементы и батареи

Электрохимическая система: цинк — одновалентное серебро — гидрооксид калия или натрия. Источники обладают малым саморазрядом, имеют хорошие энергетические характеристики и почти неизменное напряжение в процессе работы (при неизменной температуре). Температурный диапазон — от 0 до +55 °C. Их отличают по надписи Silver или Silber . У табл. П2.4 приведены данные серебряно-цинковых элементов и батарей по международным (МЭК) и государственным (ГОСТ, ТУ) стандартам.



Литиевые элементы и батареи

Используется электролит с диоксидом марганца на основе органических соединений. Сюда входят более десяти электрохимических систем. Напряжение на элемент- от 1,5 до 3,8 В. Энергетические и габаритно-весовые показатели выше, чем у ртутно- и серебряно-цинковых элементов: по массе — в 3 раза, по объему — в 1,5–2 раза. Литиевые источники обладают исключительно малым саморазрядом (сохраняют более 85 % емкости после 10 лет хранения). Элементы работоспособны в интервале температур от -30 до +65 °C. Они герметичны и имеют довольно стабильное напряжение. Выпускаются в основном в «таблеточном» исполнении для часов, калькуляторов, фотоаппаратов, компьютеров и других небольших приборов. В микромощных устройствах, где важна надежность контактов, используют литиевые источники с выводами под пайку. На корпусе обозначены как Lithium . У табл. П2.5 приведены данные литиевых элементов по шифру типоразмера.




Особенности обозначений и надписей

При использовании элементов питания мы часто сталкиваемся с тем, что с виду одинаковые элементы имеют различные обозначения. В связи с этим выбор аналога нужного элемента иногда вызывает определенные трудности. У табл. П2.6 приведено соответствие обозначений солевых и щелочных элементов разных стандартов, а в табл. П2.7 и П2.8 — дисковых серебряно-цинковых и ртутно-цинковых элементов.




Примечание к табл. Элементы, обозначенные звездочкой ( * ), а также с буквой W после косой черты (/W ) в конце обозначения имеют существенно меньшее внутреннее сопротивление по сравнению с другими аналогами и предназначены для использования в часах с подсветкой и будильником.



О некоторых особенностях элементов и батарей зарубежного производства, а также преимущественном их назначении можно судить по сделанным на них надписям:

Camera — для фотокиноаппаратуры;

Cigarette Lighter — для карманной зажигалки;

Communication Device — для средств связи;

Fishing Float — для поплавка;

Game — для электронной игрушки;

Hearing Aid — для слухового аппарата;

Lighter — для зажигалки;

Measuring Equipment — для измерительных приборов;

Medical Instrument — для медицинских приборов;

Microphone — для микрофона;

Mini Radios — для миниатюрного радиоприемника;

Photographic Light Meter — для фотоэкспонометра;.

Pocket Bell — для карманного будильника;

Standart — универсальный элемент (батарея);

Watch — для часов;

Wristwatch — для наручных часов.

Приложение 3. Зарядка аккумуляторов

Обычно выделяют два больших семейства аккумуляторов: свинцовые и никель-кадмиевые . Первые применяются во всех транспортных средствах со стартерами (и в некоторых других областях). Вторые, менее тяжелые и громоздкие, используются для питания радиотелефонов, переносных компьютеров, видеокамер и другой аппаратуры. Сегодня различные модели обоих типов представлены в большом ассортименте, и каждый может выбрать то, что ему требуется. Условия перезарядки для обоих семейств различны, и эти правила необходимо строго соблюдать. Ниже представлены основные рекомендации по зарядке аккумуляторов.


Свинцовые аккумуляторы

Свинцовые аккумуляторы с пробками или без пробок (запаянные) заряжаются при ограниченном токе. Его значение выбирают равным С /10, где С — емкость в ампер-часах. Требуемое напряжение зарядного устройства составляет 2,4 В на каждый элемент. Таким образом, аккумулятор с номинальным напряжением 12 В емкостью 5 А·ч, состоящий из 6 элементов по 2 В, будет заряжаться при напряжении 14,4 В (как у автомобильного генератора) и токе 0,5 А. Избыточная длительность перезарядки не приносит большого вреда. Если аккумулятор находится в нормальном рабочем состоянии, то при достаточном уровне зарядки потребление тока сокращается само по себе.


Никель-кадмиевые аккумуляторы

В процессе зарядки никель-кадмиевых (NiCd) и никель-металл-гидридных (NiMH) аккумуляторов рекомендуется использовать ток, составляющий десятую часть номинальной емкости (например, 60 мА для батареи емкостью 600 мА·ч), в течение 16 ч. В любом случае ток следует ограничить с помощью резистора, включенного последовательно с источником напряжения (желательно, стабилизированного). Если источник позволяет задать ограничение по току, нужно отрегулировать его на величину, не представляющую угрозы для батареи.

Наконец, не следует забывать о том, что напряжение аккумулятора в процессе зарядки увеличивается и что в конце операции оно может превысить заданное напряжение источника питания. Чтобы ток не протекал через источник в обратном направлении, рекомендуется подключить защитный диод.

Пользователям переносных компьютеров и сотовых телефонов хорошо знаком «эффект памяти». Если аккумулятор начинают перезаряжать, когда он еще не полностью разрядился, его емкость после отключения зарядного устройства будет равна той, что он имел до перезарядки. Иначе говоря, либо аккумулятор надо постоянно оставлять на зарядке, либо надо дождаться его полной разрядки, а затем зарядить. В противном случае срок службы батарей существенно сокращается. По этой причине «разумные» зарядные устройства полностью разряжают аккумулятор перед его зарядкой.

В настоящее время большой популярностью пользуются новые типы аккумуляторов: литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (Li-Pol), свободные от такого недостатка. Они значительно дороже, но имеют более широкие возможности применения.


Режимы зарядки аккумуляторов

Проблемы зарядки аккумуляторов по-прежнему актуальны.

Какое зарядное устройство лучше? Как определить момент окончания зарядки? Какой режим зарядки предпочтительнее? Ответы на эти и другие вопросы изложены ниже.

Зарядное устройство обязано, прежде всего, передать аккумулятору соответствующий электрический заряд. Но это требование дополняется обычно пожеланиями обеспечить быстроту зарядки аккумулятора, сохранить на протяжении длительного времени его номинальную емкость, сделать зарядку безопасной и др.

В зарядных устройствах любого типа важнейшим является определение момента окончания зарядки аккумулятора. Это делается несколькими способами.


Первый способ. При зарядке аккумулятора постоянным, не изменяющимся в процессе зарядки током ее прекращают вручную по истечении определенного времени. На такой режим ориентированы многие наиболее дешевые зарядные устройства. Зарядный ток в них составляет обычно I = 0,1 Е , где I — зарядный ток в амперах, а Е — емкость аккумулятора в ампер-часах. В этом режиме емкостный КПД аккумулятора принимают равным 2/3 и, соответственно, длительность зарядки устанавливают равной 15 ч. Режим зарядки малым током (он может быть и меньше ОДЕ при соответствующем увеличении продолжительности зарядки) замечателен тем, что даже при значительной перезарядке аккумулятор не будет поврежден, во всяком случае — не взорвется.

Второй способ. Аккумулятор заряжают постоянным током, многократно превышающим 0,1 Е (в 10–20 раз). Зарядка прекращается автоматически по истечении заданного, более короткого времени. В режиме такой интенсивной зарядки обязательно должно соблюдаться следующее. Во-первых, аккумулятор необходимо предварительно разрядить (обычно до 1 В на банку); во-вторых, должна быть обеспечена строгая зависимость продолжительности зарядки от установленного значения зарядного тока и, в-третьих, обеспечено аварийное его отключение (например, по перегреву корпуса). К этой категории относятся многие зарядные устройства, появившиеся на нашем рынке, но, к сожалению, далеко не все они обеспечивают должную безопасность.

Третий способ. Ток зарядки — не обязательно постоянный. Зарядку аккумулятора прекращают при увеличении его температуры. Этот способ имеет серьезные недостатки (аккумулятор почти всегда перезаряжается, ненадежен тепловой контакт и др.) и используется, как правило, лишь для аварийного отключения аккумулятора.

Четвертый способ. Ток зарядки — фиксированный, как правило, многократно превышающий 0,1 Е . По достижении на аккумуляторе заданного напряжения зарядка заканчивается автоматически. Этот принцип долгое время использовался в самых лучших зарядных устройствах, потеснив систему зарядки аккумулятора малым током.

Установка порогового напряжения здесь весьма критична. Обычно его значение выбирают в пределах 1,45-1,55 В на аккумуляторную банку, чаще — 1,48 В. Пороговое напряжение зависит, к тому же, от температуры окружающей среды и «возраста» аккумулятора.

Неизменный ток зарядки здесь, вообще говоря, необязателен. Но это упрощает учет потерь на подводящих проводах. Если же не учитывать эти потери, то на аккумуляторе будет установлено заниженное пороговое напряжение, что обернется недобором заряда, а установленное лишь на один милливольт выше реального приведет к тому, что процесс зарядки аккумулятора никогда не кончится. Вернее, кончится тем, что аккумулятор либо перегреется при малом зарядном токе, либо взорвется при большом. Во избежание этого некоторые зарядные устройства по достижении напряжения, чуть меньше порогового, переходят на дозарядку аккумулятора безопасным током, которым ее и завершают, или переключаются в режим «капельного» заряда, то есть поддержания напряжения аккумулятора на определенном значении. Контроль уровня заряда осуществляется по изменению напряжения на клеммах аккумулятора (так называемый DV-метод).

Пятый способ. Процесс зарядки контролируют по скорости увеличения напряжения на аккумуляторе: оно быстро увеличивается непосредственно перед ее завершением. Отследив этот момент, зарядное устройство уменьшает большой ток зарядки (он доходит в них до 2?) до малого, безопасного, которым зарядка и завершается. По причинам, изложенным в описании способа 4, оба эти тока также лучше иметь фиксированными, не изменяющимися во времени.

Шестой способ. Как и в предыдущем случае, при зарядке постоянным током состояние аккумулятора определяют по скачку напряжения. Для получения хороших характеристик зарядку ведут током не менее 2 Е . В таких зарядных устройствах обычно используют аналого-цифровые преобразователи, которые позволяют заметить 1-процентный скачок напряжения и вовремя прекратить зарядку. Таким зарядным устройствам не нужны регулировки, связанные с изменением числа заряжаемых аккумуляторов. В качестве защитной меры в них контролируется продолжительность зарядки.

Однако ни один из рассмотренных выше способов зарядки сам по себе не является оптимальным. Поэтому нередко они сочетаются.

По установившейся терминологии зарядка аккумулятора может быть очень быстрой (до 15 мин), быстрой (до 1 ч), ускоренной (до 3–4 ч), нормальной (от 12 до 16 ч) и медленной.

Реальная емкость аккумулятора зависит от температуры и значений тока зарядки и разрядки. Наибольшая измеренная емкость получается при зарядке аккумулятора большим током и разрядке малым.

Приложение 4. Список сокращений

Ниже приведен список некоторых англоязычных сокращений, которые часто встречаются в технической литературе и в периодических изданиях. Однако их перевод, возможно, не всем известен. Следует помнить, что указанные сокращения могут иметь не одно, а несколько различных значений. Здесь приведены наиболее распространенные варианты сокращений.

ASCII ( American Standard Code for Information Interchan-Interchange ) — американский стандартный код для обмена информацией. Набор семибитных кодов, которые присваиваются каждому знаку, распознаваемому компьютером.

BCD ( Binary Coded Decimal ) — двоично-десятичное число. Система гибридного двоичного счисления, кодирующая каждый десятичный разряд с помощью четырех бит.

BIOS ( Basic Input/Output System ) — базовая система ввода/вывода (БСВВ). Независимая от операционной системы программа взаимодействия с периферийными устройствами; при включении компьютера выполняет начальные тесты и инициализирует процессор.

BNS — байонетный разъем для коаксиального кабеля. Аналог отечественного СР-50.

CCD ( Charger Coupled Device ) — прибор с зарядовой связью (ПЗС). Электронное запоминающее устройство памяти, в котором пакеты электрически заряженных частиц непрерывно циркулируют через ячейки, нанесенные на полупроводник.

CPU ( Central Processor Unit ) — главная часть процессора. В широком смысле — сам процессор.

CS ( Chip Select ) — выбор кристалла. Вход интегральной схемы, предназначенный для ее активации при низком или высоком уровне сигнала. Этот вход имеется у всех ЗУ, у которых к выходной шине подключаются ячейки с тремя возможными состояниями.

DIN ( Deutch International Normalization ) — промышленный стандарт Германии. Стандарт для некоторых электрических соединительных элементов (разъемы DIN, шина DIN и т. д.).

DIP ( Dual-in-line Package ) — корпус с двухрядным расположением выводов. Термин для обозначения двухрядного расположения выводов интегральной схемы.

DVD ( Digital Video (Versatile) Disk ) — цифровой видеодиск (универсальный диск). Используется для хранения как видеоинформации, так и компьютерных данных в цифровом виде.

EEPROM ( Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory ) — электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ). Аналогично ППЗУ, но с электрическим стиранием при помощи программируемых процедур.

EPROM ( Erasable and Programmable Read Only Memory ) — стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (СППЗУ).

FE ( Falling Edge ) — спад (задний фронт) импульса.

GAL ( Generic Array Logic ) — типовые матричные логические схемы со стиранием.

IR ( Infra-red ) — инфракрасное (ИК) излучение. Используется в устройствах дистанционного управления. IR — это также инициалы фирмы International Rectifier, производящей полупроводниковые приборы.

LCD ( Liquid Crystal Display ) — дисплей на жидких кристаллах.

LED ( Light Emitting Diode ) — светоизлучающий диод, светодиод.

LIFO ( Last In First Out ) — «последним пришел — первым обслужен». Принцип функционирования устройства, согласно которому в первую очередь обрабатывается элемент блока данных, поступивший последним.

LSB ( Least Significant Bit ) — младший бит (например D0).

LSI ( Large Scale Integration ) — большая интегральная схема (БИС). Интегральная схема с высокой степенью интеграции (большое число транзисторов).

MCU (Microcontroller Unit) — микроконтроллер. Микропроцессор в сочетании с разными периферийными устройствами (ЗУ, устройства входа/выхода и т. д.) на одном кристалле.

Modem ( Modulator-demodulator ) — модем (сокращение от термина модулятор-демодулятор). Устройство, преобразующее цифровые сигналы в аналоговые аудиосигналы, передаваемые другим компьютерам и принимаемые от них по телефонным линям связи.

ОЕ ( Output Enable ) — разрешение выхода. Вход микросхемы, аналогичный CS, который активизирует не сам компонент, а только его выход или выходы (при считывании данных из ЗУ).

PAL ( Programmable Array Logic ) — программируемые матричные логические схемы. Комплект логических элементов на кристалле, программируемый аналогично ППЗУ.

РСВ ( Printed Circuit Board ) — печатная плата.

РР ( Peak-Peak ) — размах сигнала, двойная амплитуда.

PROM ( Programmable Read Only Memory ) — программируемое постоянное (нестираемое) запоминающее устройство (ППЗУ).

PWM ( Pulse Width Modulation ) — широтно-импульсная модуляция (ШИМ).

RAM ( Random Access Memory ) — оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Энергозависимая память (содержимое теряется при отключении питания). Называется также оперативной памятью с произвольным доступом. Выполняется на элементах статической или динамической памяти (часто требует охлаждения).

RE ( Rising Edge ) — фронт импульса.

RMS ( Root Mean Square ) — эффективное (действующее) значение.

ROM ( Read Only Memory ) — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). ЗУ только для считывания (программируемое при изготовлении).

RS-232 — стандарт последовательной передачи данных от компьютера к периферийным устройствам.

RSA — разъем, используемый для передачи композитного видео- и аудиосигналов («тюльпан»).

RW ( Read/Write ) — считывание/запись. Вход/выход интегральной схемы, обычно запоминающего устройства, которое работает в режиме считывания или записи в зависимости от уровня управляющего логического сигнала. Одна из двух используемых букв имеет сверху черту (обозначающую логическое отрицание), что указывает на реализацию соответствующей функции при низком уровне сигнала.

SIL ( Single In Line ) — однорядное размещение выводов. Размещение выводов в один ряд, как в матрице резисторов.

SMD ( Surface Mount Device ) — компоненты с поверхностным монтажом (на печатную плату).

ТР ( Test Poin ) — контрольная точка на печатной плате.

VCO ( Voltage Controlled Oscillator ) — генератор, управляемый напряжением (ГУН). Генератор синусоидального или импульсного сигнала, частота которого регулируется путем изменения управляющего напряжения.

VDR ( Voltage Dependent Resistor ) — резистор, сопротивление которого зависит от напряжения. Варистор, обычно используемый для фильтрации сетевых помех. Часто включается перед трансформаторами и «гасит» кратковременные скачки напряжения.

VLSI ( Very Large Scale Integration ) — сверхбольшая интегральная схема (СБИС). ИС со степенью интеграции, большей, чем в БИС.


* * *




Зміст

  • Введение
  • Глава 1 Применение компонентов
  • 1.1. Использование резисторов
  • 1.2. Применение конденсаторов
  • 1.3. Намоточные компоненты
  • 1.4. Полупроводниковые приборы
  • 1.5. датчики
  • 1.6. Механические и другие компоненты
  • Глава 2 Каскады электронных схем
  • 2.1. Простейшие схемы
  • 2.2. операційні підсилювачі
  • 2.3. Световые индикаторы
  • 2.4. Цифровые схемы
  • 2.5. Триггеры и счетчики
  • 2.6. Применение генераторов
  • 2.7. Применение интерфейсов
  • 2.8. Источники питания
  • 2.9. Управление двигателем
  • Глава 3 Конструирование и сборка электронных устройств
  • 3.1. Пайка, и не только
  • 3.2. Монтажные провода
  • 3.3. Изоляционные трубки
  • 3.4. з'єднувачі
  • 3.5. вимикачі
  • 3.6. Монтаж электрических схем
  • 3.7. Изготовление печатной платы
  • 3.8. Источники питания
  • 3.9. Слесарно-монтажные работы
  • Глава 4 Тестирование и измерения
  • 4.1. Подготовка к измерениям
  • 4.2. Работа с мультиметром
  • 4.3. Использование осциллографа
  • 4.4. Тестирование компонентов электрических схем
  • 4.5. Методы определения неизвестных параметров
  • Глава 5 Устранение неисправностей
  • 5.1. Мелкий ремонт
  • 5.2. Демонтаж компонентов с печатных плат
  • 5.3. Методика устранения неисправностей
  • додатки
  • Приложение 1. Расположение и назначение выводов разъемов
  • Приложение 2. Химические источники тока
  • Приложение 3. Зарядка аккумуляторов
  • Приложение 4. Список сокращений
  • Мировая и отечественная история любительской радиосвязи

    Радиоцензура

    Антенны

    Шпионские штучки

    Металлоискатели

    Как освоить радиоэлектронику с нуля

    Самоучитель по радиоэлектронике

    Ваш радиоприемник

    Усилители и радиоузлы

    Телеграф и телефон

    А. С. Попов и советская радиотехника

    Радиоэлектроника в нашей жизни

    Магнитные карты и ПК

    Цветное телевидение?.. Это почти просто!

    Видеокамеры и видеорегистраторы для дома и автомобиля

  • Обновлено 03.01.2017 07:59
     
    Для тебя
    Читай
    Товарищи
    Друзья