Генрих Кардашев - Радиоэлектроника-с компьютером и паяльником

• Название: Радиоэлектроника-с компьютером и паяльником
• Автор: Генрих Кардашев
• Издательство: «Горячая линия-Телеком»
• Жанр: Радиотехника
• Год: 2007
• ISBN: 5-93517-327-1

Книга является практическим введением в изучение начал радиоэлектроники с помощью компьютера и самостоятельного технического творчества. В популярной форме рассказывается о радиоэлектронике, поясняется смысл используемых понятий и явлений, приводятся занимательные эпизоды из истории изобретений и открытий. Основу практической части составляют описания простейших и в тоже время интересных и полезных самоделок из электронных наборов Мастер КИТ. Даются подробные советы по их сборке, наладке и применению в быту. Параллельно принципы действия рассматриваемых устройств раскрываются путем моделирования их схем на компьютере в простой программе игрового типа — Electronics Workbench.

Для широкого круга читателей, которые хотели бы подружиться с радиоэлектроникой, сев за компьютер и взяв в руки паяльник.

---

Порошковые материалы получают путем прессования и спекания различных порошков, например ферритов бария и кобальта.

Магнитно-твердые материалы широко используют для изготовления постоянных магнитов динамических головок, измерительных приборов, в электродвигателях, устройствах магнитной памяти.

Печатные платы

Внимательное изучение поверхности платы с лупой позволило заметить тоненькое замыкание шириной 0,08 мм, образовавшееся в результате того, что на фотошаблон упал волос.

Роберт А. Пиз

По мере роста интеграции компонентов в микроэлектронике, когда отдельные функциональные блоки устройств в виде интегральных микросхем в устройстве стали миниатюрными и уменьшились напряжения и токи их питания, старые способы проводного монтажа стали бессмысленны. Произошел переход к печатному монтажу, в основу которого была положена печатная плата.

Свое название печатная плата получила по первоначальному процессу изготовления путем печати фотошаблонов. В настоящее время подобные платы изготавливают травлением, но название сохранилось.

Плата является пластиной из электроизоляционного материала (стеклотекстолита или гетинакса) с поверхностным слоем фольги, которой травлением придан рисунок необходимых соединений выводов компонентов. В плате выполняются отверстия для крепления компонентов и контактные площадки для крепления и пайки деталей (рис. 35).

Рис. 35. Печатные и макетные платы

Платы могут быть одно- и двухсторонними, а также многослойными. Соединительные проводники из тонкой медной фольги, остающиеся после травления, называют дорожками. В конечном счете, проводящий рисунок из дорожек и контактных площадок представляет собой своеобразную монтажную электрическую схему устройства. Таким образом, печатная плата несет двойную функцию, играя роль универсального межкомпонентного соединителя и, одновременно, несущей конструкции для навесных компонентов, разъемов и т. п. деталей.

Опытные радиолюбители самостоятельно разрабатывают разводки печатных плат и изготавливают их. В литературе имеется на этот счет множество полезных рекомендаций. Однако следует отметить, что разработка рисунка (по научному — топологии) разводки проводников и размещения компонентов на плате является даже для сравнительно простых устройств не простой задачей. Дело в том, что при этом необходимо учесть множество самых разных факторов: минимизация длины дорожек, отсутствие их пересечения на одной плоскости, взаимные электромагнитные наводки, теплоотвод и т. д.

В профессиональной деятельности для этих целей используются специальные компьютерные программы автоматизированного проектирования. Процесс нанесения фотошаблона, например на лазерном принтере, конечно, не так сложен, но вот последующее химическое травление требует большой аккуратности и терпения. Поэтому начинающим радиолюбителям рекомендуется на первых порах ограничиться более простыми макетными платами, на которых закрепляются компоненты, а соединения выполняется тонкими проводниками, или готовыми печатными платами.

Радиаторы охлаждения

Держи ноги в тепле, а голову (и приборы) на холоде…

Роберт А. Пиз

На транзисторе должна рассеиваться мощность…

Не пытайтесь убедиться в этом, если вы не готовы к последствиям! Выделяющегося тепла достаточно, чтобы за очень короткое время испортить устройство (и обжечь палец).

Дж. Уэйкерли. Проектирование цифровых устройств

Работа электронных устройств с неизбежностью приводит к их нагреву вследствие потерь при протекании тока, поглощения переменных высокочастотных полей и других факторов. В то же время многие характеристики компонентов сильно зависят от температуры. Поэтому на практике принимают меры, не только уменьшая рабочие токи и применяя специальные материалы, но и непосредственно по их охлаждению.

Тепло от нагретого тела может отводиться излучением, теплопроводностью и конвекцией. В любом случае развитие охлаждающей поверхности существенно увеличивает теплоотдачу.

Наиболее простой прием заключается в использовании специальных радиаторов, закрепляемых на соответствующих компонентах.

Радиаторы изготавливают из легких сплавов, снабжая их большим числом разнообразных ребер, увеличивающих теплоотдачу в окружающий воздух за счет конвекции (естественной) и вынужденной (обдув). Кроме того, внешнюю поверхность радиаторов зачерняют для увеличения теплового излучения. В теле радиаторов выполняют посадочные поверхности, сопрягаемые с соответствующими корпусами компонентов: диодов, транзисторов и интегральных схем (рис. 36).

Рис. 36. Радиаторы охлаждения

Основным параметром радиаторов является так называемое «тепловое сопротивление». Это «сопротивление» вводится из аналогии процессов теплопроводности и электропроводности. В рассматриваемом случае причиной передачи тепла выступает разность температур (аналог разности потенциалов) между нагретым телом и окружающей средой (измеряется в градусах), а следствием (аналогом электрического тока) — тепловой поток (измеряется в ваттах). Деля количественную меру причины на количественную меру следствия, получаем количественную меру теплового сопротивления в град/Вт.

Выпускаются радиаторы малой мощности с тепловым сопротивлением от 4 до 10 град/Вт, средней — от 2 до 4 град/Вт, большой мощности — от 2 до 1 град/Вт и очень большой, для которых оно меньше.

Необходимо иметь в виду, что дополнительный обдув радиаторов потоком воздуха от вентилятора сильно снижает величину теплового сопротивления.

Поскольку радиаторы выполняют из металла, то в случае, если корпус компонента не должен заземляться, между ним и радиатором вводят проводник тепла, обладающий электроизоляционными свойствами: слюда, окись алюминия или специальная термическая смазка (компаунд). Смазки приготовляют из смесей окиси бериллия, нитрита бора, силиконового каучука и стекловолокна. Смазки имеют тепловые сопротивления от 0,1 до 0,45 град/Вт. Тепловое сопротивление смазки и радиатора в процессе теплопередачи включаются последовательно (складываются).

Смазку обязательно используют, например, при фиксации радиатора с микровентилятором на центральном процессоре компьютера.

Корпуса и механические детали

Конструирование электронной аппаратуры требует мастерства, а мастерство, как известно, приходит с опытом.

Дж. Кар. «Проектирование и изготовление электронной аппаратуры»

Всякая аппаратура и устройства, за исключением макетных плат, обычно заключаются в тот или иной корпус. Основное назначение корпуса: сборка всех блоков в одно целое, механическая и иная защита устройства, размещение органов управления, контроля и интерфейсных входов и выходов и т. п. Кроме этого, корпус может иметь и дополнительные функции: акустического элемента, электромагнитного экрана и др. От корпуса зависит эргономика (удобство обращения) и эстетическое восприятие всей конструкции.

Радиолюбители зачастую корпуса изготовляют самостоятельно на свой вкус. Можно воспользоваться и готовыми изделиями и доработать их под свое устройство: «довести до ума». Когда-то в ходу были пластмассовые мыльницы, используемые для корпусов первых транзисторных радиоприемников. Теперь для своей самоделки можно подобрать подходящий стандартный корпус.

Стандартные корпуса изготовляют из тонкостенных (0,8 мм) материалов: стали, алюминия и различных пластмасс. Корпуса могут иметь различные покрытия и отделку, в них также имеются разнообразные функциональные отверстия, сборочные и технологические закладные крепежные элементы (рис. 37).

Рис. 37. Пластиковые корпуса

2. МИР РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

2.1. Электроника виртуальная и реальная

Электроника с мышью

Азбука схем

Для радиолюбителя схема — это «печка», от которой он танцует. Язык схем — это профессиональный язык радиолюбителей и всех тех, кто занимается электроникой.

Схема — это емкое и наглядное описание устройства. Все самое главное, что заложено в устройство, заключено в его схеме.

Опытному радиолюбителю достаточно порой одного взгляда на схему и он, на уровне подсознания, уже все понял: что оно собой представляет и как работает или, напротив, почему «барахлит».