МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ для студентов по изучению теоретического материала темы: «Технология электромонтажных работ»

3.5Обозначения номиналов конденсаторов на принципиальных схемах

По ГОСТ 2.702-2000 номинальную емкость от 0 до 9999 пФ указывают на схемах в пикофарадах без обозначения единицы измерения. От 10 000 пФ до 9999 мкФ - обозначают в микрофарадах с обозначением единицы измерения буквами (мк) (рисунок 3.13).

Рисунок 3.13 - Обозначение номинальной емкости конденсатора

3.6Сокращенная буквенно-цифровая кодировка конденсаторов

Кодированные (сокращенные) обозначения предназначены для маркировки малогабаритных конденсаторов и записи на малоформатных многоэлементных принципиальных электрических схемах. Кодированное обозначение номинальных емкостей состоит из трех или четырех знаков, включающих две или три цифры и букву.

Единицы измерения емкости обозначают буквами П(р), Н(n), М(µ), Ф(F).

При этом емкость обозначают:

• от 0 до 99 пФ - в пикофарадах (например, 4,7пФ=4П7, 91пФ=91П);

• от 100пФ (0,1 нФ) до 99нФ (0,099мкФ) - в нанофарадах;

• от 0,1 мкФ и выше - в микрофарадах.

В этом случае, если емкость выражена в долях нанофарада или микрофарада, соответствующую единицу измерения помещают на месте нуля и запятой: 180пФ=0,18нФ=Н18; 470пФ=0,47нФ=Н47; 0,ЗЗмкФ=М33.

Для указания допускаемого отклонения емкости от номинального значения используют те же кодированные обозначения, что и для резисторов.

4 Индуктивные элементы

1. Общие сведения

В современной бытовой радиоэлектронной аппаратуре и аппаратуре промышленного назначения широкое применение находят различные индуктивные элементы. К ним относят катушки индуктивности, контурные катушки, дроссели и некоторые виды трансформаторов. Эти изделия используются практически во всей радиоприемной и звуковоспроизводящей аппаратуре, но особое место они занимают в аппаратуре средств связи. Блочно-модульный принцип проектирования изделий, распространившийся в электротехнике и радиоэлектронике (с явно выраженной тенденцией к микроминиатюризации) внес существенные изменения в создание всех комплектующих электрорадиоэлементов (ЭРЭ), в том числе и индуктивных элементов. Их важнейшей характеристикой является индуктивность.

В цепях переменного тока катушки и дроссели ведут себя как резисторы, сопротивление которых растет с увеличением частот изделия используются практически во всей радиоприемной и звуковоспроизводящей аппаратуре, но особое место они занимают в аппаратуре средств связи.

Особое место в группе индуктивных элементов занимают малогабаритные дроссели фильтров, которые применяют преимущественно в блоках электрического питания РЭА, стабилизаторах и регуляторах напряжения и тока. Большое внимание в разработках уделяется вопросам расчета, конструирования и изготовления дросселей, работающих при повышенной температуре, на повышенных частотах при прямоугольной форме питающего напряжения. Эти разработки позволили освоить в промышленности ряд сердечников, учитывающих специфику различных областей техники, в которых применяют дроссели малой мощности. Развитие электроизоляционной техники и появление новых материалов позволили полностью отказаться от тяжелых конструкций и перейти к малогабаритным и высоконадежным открытым и плоским конструкциям. Значительно расширилось применение новых марок обмоточных проводов различного профиля, а также фольги.

Полный перевод всей РЭА на печатный монтаж находит отражение в конструкциях индуктивных элементов.

Конструкция индуктивных элементов определяется типоразмерами применяемых сердечников, расположением и числом выводов, наличием влагозащиты, расположением подстроечного узла и условиями эксплуатации (рисунок 4.1). По конструктивным признакам катушки индуктивности подразделяют на две группы: с магнитным сердечником и без него, которые, в свою очередь, делятся наброневые, кольцевые, цилиндрические, спиральные.

Рисунок. 4.1 - Конструкция катушек индуктивности типа СБ для объемного (навесного) монтажа:

1 - основание; 2 - сердечник; 3 - катушка; 4 – экран

Индуктивные элементы можно систематизировать по эксплуатационным и рабочим характеристикам, которые зависят от многих факторов:

• от качества магнитного материала;

• потерь в сердечнике и обмотках, соотношения этих потерь;

• температуры окружающей среды;

• технологии изготовления;

• конструкции индуктивного элемента; места установки;

• способа и площади крепления на печатной плате;

• от температурного контактного сопротивления (для трансформато­ров и дросселей) и др.

Индуктивные элементы являются обязательными элементами основных функциональных блоков радиоприемников, магнитол, тюнеров и других радиоприемных устройств бытовой РЭА. Они определяют практически все основные технические характеристики указанных изделий: добротность, надежность, устойчивую работу в различных условиях эксплуатации.

К изготовлению индуктивных элементов предъявляются жесткие технические требования, которые обеспечивают их качество и минимальные магнитные потери. Применяемые магнитные материалы с учетом экономических факторов должны обладать определенными и необходимыми свойствами: высокой магнитной проницаемостью в сильных электрических полях, имеющих переменные значения; малыми потерями на вихревые токи и перемагничивание; высокой технологичностью при изготовлении; невысокой стоимостью и др.

Конструкция сердечников отечественного производства, применяемых в катушках индуктивности, дросселях и других индуктивных элементах, унифицирована по типоразмерам, имеет регламентированные характеристики и апробирована в реально существующих изделиях. Номенклатура сердечников и магнитопроводов широка, достаточна для комплектации существующей РЭА. В вычислительной технике индуктивные элементы используются гораздо реже, чем в электротехнических и радиоэлектронных изделиях. Эго связано с тем, что в устройствах цифровой вычислительной техники используется постоянные токи и напряжения (прямоугольные импульсы). Индуктивности в микроминиатюрном исполнении применяются в микросхемах и микромодулях (рисунок 4.2); в виде навесных элементов и в печатном монтаже - в блоках питания вычислительной техники, мониторах, фильтрах и источниках бесперебойного питания, сетевом коммуникационном оборудовании (см. рисунок 4.1).

В последнее время в переносных и стационарных источниках питания электронной аппаратуры (сетевых адаптерах) все чаще используются импульсные схемы, исключающие использование тяжелых моточных изделий (трансформаторов с медными обмотками и т.п.).

Рисунок. 4.2 - Конструкция герметизированных микромодульных катушек индуктивности типа ФМ:

1 - плата керамическая; 2 - катушка с сердечником; 3 - колпачок (экран)

1. Основные термины и определения

Индуктивная катушка - элемент электрической цепи, предназначенный для использования индуктивности.

Катушка индуктивности - индуктивная катушка, являющаяся элементом колебательного контура и предназначенная для использования ее добротности.

Взаимная индукция - электромагнитная индукция, вызванная изменением сцепляющегося с контуром магнитного потока, обусловленного электрическими токами в других контурах.

Электромагнитная индукция - явление возбуждения электродвижущей силы в контуре при изменении магнитного потока, сцепляющегося с ним.

Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная величина, характеризующая способность стороннего поля и индуктированного электрического поля вызывать электрический ток.

Электромагнитная энергия - энергия электромагнитного поля, слагающаяся из энергий электрического и магнитного полей.

Добротность катушки индуктивности - отношение индуктивного сопротивления катушки индуктивности к ее активному сопротивлению (сопротивлению постоянному току). Чтобы увеличить добротность, пользуются разными конструктивными приемами, но наибольший эффект дает введение в катушку магнитопровода (сердечника) из специального магнитного материала.

Индуктивное сопротивление - реактивное сопротивление, обусловленное индуктивностью цепи и равное произведению индуктивности и угловой частоты.

Магнитная индукция - векторная величина, характеризующая магнитное поле и определяющая силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля. Магнитная индукция численно равна отношению силы, действующей на заряженную частицу, к произведению заряда и скорости частицы, если направление скорости таково, что эта сила максимальна и имеет направление, перпендикулярное векторам силы и скорости, совпадающее с поступательным перемещением правого винта при вращении его от направления силы к направлению скорости частицы с положительным зарядом.

Магнитный поток - поток магнитной индукции.

Магнитная постоянная - постоянная, равная в СИ 4π ·10^-7 Гн/м.

Магнитное поле - одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на движущуюся электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду частицы и ее скорости.

Магнитомягкий материал - магнитный материал с коэрцитивной силой по индукции не более 4 кА/м.

Магнитотвердый материал - магнитный материал с коэрцитивной силой не менее 4 кА/м.

Намагничивание - процесс, в результате которого под воздействием внешнего магнитного поля возрастает намагниченность магнитного материала.

Намагниченность - векторная величина, характеризующая магнитное состояние вещества, равная пределу отношения магнитного момента элемента объема вещества к этому элементу объема, когда последний стремится к нулю.

Кольцевая катушка индуктивности с сердечником - катушка индуктивности, сердечник которой имеет форму кольца.

Броневая катушка индуктивности - катушка индуктивности, обмотка которой расположена внутри броневого сердечника.

Магнитный сердечник катушки индуктивности - деталь или сборочная единица из магнитного материала, предназначенная для сосредоточения в ней магнитного потока.

Чашка броневого сердечника - полый цилиндр с основанием из магнитного материала. Цилиндр может составляться из отдельных деталей.

Не подстраиваемая катушка индуктивности - катушка индук­тивности, индуктивность которой постоянна.

Подстраиваемая катушка индуктивности - катушка индуктивно­сти, индуктивность которой может быть изменена в заданных пределах.

Подстроечный сердечник катушки индуктивности - деталь, обеспечивающая возможность изменения индуктивности катушки без изменения числа витков обмотки.

Номинальная индуктивность - значение индуктивности, являющееся исходным для отсчета отклонений.

Собственная индуктивность катушки - отношение потокосцепления самоиндукции катушки индуктивности к току, протекающему через нее.

Температурный коэффициент добротности катушки индуктивности (ТКД) - отношение относительного изменения добротности катушки индуктивности к интервалу температур, вызвавшему это изменение.

Температурный коэффициент индуктивности катушки (ТКИ) - отношение относительного изменения индуктивности к интервалу температур, вызвавшему это изменение.

Температурный коэффициент катушки индуктивности (ТКК) - отношение относительного изменения эффективной индуктивности катушки к интервалу температур, вызвавшему это изменение.

1. Классификация индуктивных элементов

Индуктивные элементы, применяемые в РЭА, классифицируются по различным основаниям: по конструктивным признакам, функциональному назначению, используемым магнитным материалам, рабочей частоте, по типу электрической схемы и др.

- Конструктивные признаки

Катушки индуктивности для аппаратуры связи по конструктивным признакам подразделяются на два типа: с магнитным сердечником и без него. В свою очередь, катушки индуктивности с магнитным сердечником подразделяются наброневые, кольцевые и цилиндрические. Катушки индуктивности без магнитного сердечника подразделяются накольцевые, спиральные и цилиндрические.

- Используемые материалы

Индуктивные элементы из ферритов и магнитодиэлектриков (сердечники, подстроечники, чашки, магниты и другие изделия различных конфигураций) подразделяют на следующие подгруппы: на индуктивные элементы из магнитомягкихмарганец­цинковых ферритов; магнитомягких ферритов (кроме марганец­цинковых); ферритов с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ); сверхвысокочастотных ферритов; магнитострикционных ферритов; из магнитотвердых ферритов. Изделия из магнитодиэлектриков подразделяются на три подгруппы: из прессованного порошкообразного альсифера; прессованного порошкообразного карбонильного железа; из прессованного порошкообразного пермаллоя.

- Функциональное назначение

Этот классификационный признак является основным для дросселей фильтров, катушек индуктивности, катушек фильтров нижних частот. Он характеризует основные функции, выполняемые индуктивным элементом в электрической схеме конкретных узлов РЭА.

Рабочая частота. Это главный признак индуктивного элемента, который определяет ряд характеристик радиоэлектронного блока, узла, в котором он работает. По этому признаку индуктивные элементы могут быть классифицированы на элементы, работающие на пониженной частоте (ниже 50 Гц); промышленной частоте (50 Гц); повышенной промышлен­ной частоте (400, 1000 Гц); повышенной частоте (до 10000 Гц); высокой частоте (свыше 10000 Гц).

Тип электрической схемы. Индуктивные элементы по данному признаку подразделяются на одно-, двух- и многообмоточные. В однообмоточных элементах кроме электромагнитной связи между обмотками существует еще и непосредственная электрическая связь. Такой индуктивный элемент не имеет гальванической развязки. Двухобмоточный индуктивный элемент имеет две обмотки, которые электрически не связаны друг с другом.

Конструктивные признаки. Это основные классификационные признаки индуктивных элементов, в основе которых лежат конструкция магнитопровода, его форма и технология изготовления.

Конструктивно сердечники индуктивных элементов подразделяются наброневые, стержневые и тороидальные. Дроссели фильтров в зависимости от конструкции применяемогомагнитопровода подразделяются соответственно на броневые, стержневые и тороидальные.

Магнитопроводы сглаживающих фильтров характеризуются наличием немагнитного (воздушного) зазора, что позволяет достичь больших значений индуктивности, а также существенно уменьшить степень изменения индуктивности дросселя при изменении тока в обмотке.

В зависимости от вида электромагнитного материала и технологии изготовления сердечника дроссели делятся на пластинчатые (шихтованные), ленточные (витые) и прессованные (или литые). Следует заметить, что сердечники из ферритов и магнитодиэлектриков находят наиболее широкое применение в индуктивных элементах бытовой РЭА. Классификация и система обозначений изделий из ферритов и магнитодиэлектриков тесно связаны с классификацией и обозначениями индуктивных элементов.

Деление индуктивных элементов на изделия с магнитными сердечниками и без них является удобным, так как позволяет учитывать их конструктивные особенности. Кроме того, целесообразно выделять индуктивные элементы, например катушки индуктивности с отводами, многообмоточные катушки с заданным коэффициентом связи, катушки нелинейные, дроссельные; для генераторных контуров, линий задержек и др.

В целях микроминиатюризации бытовой РЭА ведутся работы по созданию индуктивных элементов для интегральных микросхем - это спиральные катушки на тонких и толстых пленках, плоские спиральные проволочные катушки, а также катушки с планарными выводами на базе классических катушек индуктивности. Новые виды катушек индуктивности могут быть отнесены к самостоятельной классификационной группе.

Изделия из ферритов и магнитодиэлектриков подразделяются на девять классификационных подгрупп. Шесть подгрупп занимают изделия из ферритов и три подгруппы — изделия из магнитодиэлектриков. Одновременно в научно-технической литературе принята система сокращенных обозначений, позволяющая в буквенно-цифровой форме представить все типы изделий из ферритов и магнитодиэлектриков, выпускаемых отечественной промышленностью.

На рисунке 4.3 и рисунке 4.4 показаны УГО(условные графические обозначения) и внешний вид некоторых катушек индуктивности. Индуктивность катушек, используемых в колебательных контурах радиовещательных приемников, в зависимости от диапазона частот составляет от долей и единиц микрогенри (УКВ и КВ) до нескольких миллигенри (ДВ).

Рисунок 4.3. УГО и конструкции катушек индуктивности: а -неподстраиваемой катушки (в навесном и интегральном исполнении);б - подстраиваемой катушки (вариометр)

В антенных контурах коротковолновых передатчиков и специальных приемников УКВ применяют вариометры с переменным числом витков. Вариометры характеризуются плавным изменением индуктивности.

При внесении магнитопровода в катушку силовые линии магнитного поля концентрируются в магнитопроводе, так как его сопротивление магнитному потоку значительно меньше, чем воздуха. В результате магнитный поток, а следовательно, и индуктивность катушки увеличиваются в несколько раз, что позволяет уменьшить количество витков, а значит, и сопротивление катушки постоянному току. При использовании магнитопроводов удается значительно уменьшить размеры катушек и очень простым способом (перемещением магнитопровода) осуществить регулировку их индуктивности. На рисунок 4.4 изображена катушка с регулируемой индуктивностью.

Рисунок 4.4. УГО и конструкция регулируемых катушек с магнитопроводом: а,

б - индуктивность изменяется с помощью магнитопровода;

в - индуктивность изменяется с помощью немагнитногомагнитопровода-

подстроечника из меди

5 Микросхемы

5.1 Общие сведения

Интегральной микросхемой (ИМС) называется микроэлектронное устройство, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов (или элементов и компонентов) и(или) кристаллов, которые с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации рассматриваются как единое целое.

Рисунок. 5.1. Корпуса ИМС: а - круглый металлический; б – прямоугольный пластмассовый со штырьковыми выводами

5.2 Обозначения интегральных микросхем

Для обозначения первого вывода ИМС используется ключ - выемка, "флажок" (рисунок 5.1, а), точка (рисунок 5.1, б).

Условные обозначения ИМС состоят из четырех основных цифробуквенных элементов.

Первый элемент - цифра, обозначающая конструктивно­технологическую группу: полупроводниковые ИМС имеют обозначения 1,5,6,7; группа гибридных ИМС - 2,4,8; прочие ИМС - 3.

Второй элемент является двух- или трехзначным числом, обозначающим порядковый номер серии.

Третий элемент состоит из двух букв, определяющих функциональное назначение ИМС. Первая из букв определяет принадлежность ИМС к конкретной подгруппе, а вторая - к виду. Например, в аббревиатуре ЛА буква Л обозначает логические элементы, ЛА - элемент И-НЕ.

Четвертый элемент - это порядковый номер разработки ИМС данного функционального типа.

Первый и второй элементы совместно обозначают серию ИМС, перед которой могут быть поставлены буквы, характеризующие конструкцию корпуса, например, К155ЛАЗ означает:

• К - ИС широкого применения, в пластмассовом корпусе;

• 1 - полупроводниковая, 55 - порядковый номер серии;

• ЛА - логический элемент И-НЕ, 3 - порядковый номер разработки ИС в данной серии по функциональному признаку (например, по количеству входов) (рисунок 5.2).

Рисунок 5.2. Нумерация выводов микросхемы ("цоколевка")

На принципиальных схемах позиционные обозначения элементов, входящих в одну ИМС, приводятся в виде буквенно-цифрового кода.

Например, DD 1.4; здесь 1 - номер корпуса ИМС, 4 - номер элемента в корпусе. В приведенной ниже таблице даны обозначения некоторых распространенных ИМС, а на рисунке 5.3 приводится образец оформления УГО цифровой микросхемы.

Рисунок 5.3 - Общий вид условного обозначения ИМС (пример для двоично-десятичного счетчика)

Входы ИМС изображают слева, выходы - справа, остальные выводы - с любой стороны. При необходимости допускается поворачивать условное обозначение на угол 90° по часовой стрелке, т.е. располагать входы сверху, в выходы - снизу (рисунок 5.4).

Рисунок 5.4. Способы расположения входов и выходов ИМС в условном графическом обозначении

Таблица 5.1 - Виды интегральных схем

6 Электромонтаж

6.1 Общие сведения

Электромонтаж и электрические соединения занимают большое место в конструкции любой радио- и электронной аппаратуры, ЭВМ.

На всех уровнях конструктивной иерархии используются самые разнообразные виды монтажа:

• проволочный (навесной, объемный);

• жгутовой;

• печатный.

Все виды соединений призваны обеспечивать электрическую и механическую неразрывность схемы и конструкции ЭВМ. Электромонтаж в конструкции ЭВМ должен:

1. обеспечивать нормальную ее работу в заданных условиях механических и климатических воздействий;

2. соответствовать техническим условиям, принципиальным и электромонтажным схемам, таблицам соединения;

3. обеспечивать высокую надежность электрического соединения.

4. допускать удобную и быструю замену вышедших из строя элементов;

5. допускать возможность подключения контрольно-измерительной аппаратуры к любой точке схемы;

6. быть технологичным и выполняться с максимальным использованием автоматизации;

7. иметь минимально короткие длины связей и малый уровень наводимых помех.

Электрическое соединение (паяное, сварное, изготовленное методом накрутки и т.д.) в микроэлектронных схемах должно:

• иметь прочность не ниже прочности соединяемых элементов;

• иметь минимальное омическое сопротивление;

• не изменяться со временем;

• при выполнении не вносить изменения в соединяемые элементы;

• не содержать материалы, вызывающие коррозию;

• контролироваться простыми и надежными средствами.

Виды электрических соединений:

1. Постоянные.

Демонтаж таких соединении приводит к разрушению одного или обоих присоединяемых проводов (например, сварка).

1. Полупостоянные.

К ним относится, например, пайка. Демонтаж таких соединений требует использования специального оборудования.

Временные (быстроразъемные). К ним относятся, например, штепсельные соединения. Электрический контакт в этом случае обеспечивается силой трения.

6.2 Пайка монтажных соединений

Пайка - физико-химический процесс получения неразъемного соединения в результате взаимодействия твердого паяемого и жидкого присадочного металлов соединяемых деталей. Пайка имеет сходство со сваркой плавлением, но между ними имеются принципиальные различия. Формирование шва при пайке происходит путем заполнения припоем зазора между соединяемыми деталями, т.е. процесс пайки связан с капиллярным течением, что не имеет места при сварке плавлением. В отличие от сварки плавлением пайка осуществляется при температурах ниже температуры плавления паяемого материала.

Пайка используется как для механического, так и для электрического соединения проводников. Пайка на сегодняшний день является основной радиомонтажной операцией.

В процессе пайки происходит взаимное растворение и диффузия припоя и основного металла, чем обеспечивается после затвердения припоя определенная механическая прочность паяного соединения.

Существует несколько технологических процессов пайки, в том числе пайка:

1. волной припоя;

2. с общим погружением;

3. паяльником с постоянным нагревом;

4. паяльником с импульсным подогревом;

5. струей горячего газа.

При пайке с общим погружением в расплавленный припой печатную плату с установленными на ней радиодеталями закрепляют в специальном держателе и погружают в ванну с расплавленным припоем.

Другим способом групповой пайки с использованием защитных масок является избирательная пайка (рисунок 6.1), при которой припой 3 через фильер 5 подается к точкам паяния 4, уменьшая тем самым нагрев радиоэлементов и основания платы 7.

Рисунок 6.1 - Избирательная пайка

Наиболее эффективным способом механизированной групповой пайки является пайка волной припоя (рисунок 6.2).

Этот способ пайки заключается в том, что монтажная плата 1 проходит с определенной скоростью по первому и второму гребням двойной волны 6 расплавленного припоя 3, создаваемого на его поверхности специальным устройством.

Данный способ дает возможность легко автоматизировать процесс пайки печатных плат. Непрерывное движение конвейера с паяемой платой позволяет создавать автоматизированные линии производства печатных плат, включающие в себя полный комплекс операций: установку элементов, их обезжиривание, флюсование, наклейку маски, предварительный подогрев, пайку, снятие маски, отмывку от флюса, сушку и лакирование.

Рисунок 6.2 - Пайка волной припоя

Автоматизация сборки печатных плат чаще всего осуществляется в массовом и крупносерийном производстве.

Пайка, при которой расплавленный припой заполняет зазор и удерживается в нем под действием капиллярных сил, называется капиллярной пайкой. Этот способ пайки является самым распространенным. Обычно под этим способом подразумевают пайку с зазорами, не превышающими 0,5-0,7 мм. Величина зазора при прочих равных условиях определяет структуру, механические свойства соединения, экономичность процесса и т.д.

6.3 Припои

В качестве припоев используют различные цветные металлы и сплавы.

Качество паяного соединения наряду с другими факторами зависит от используемого припоя, к которому предъявляют следующие требования:

• температура плавления припоя должна быть ниже температуры плавления соединяемых материалов;

• припой должен обладать хорошей жидкотекучестью, смачивать поверхности соединяемых материалов, растекаться по ним, проникать в узкие зазоры;

• коррозийная стойкость припоя, паяных швов и паяемого материала должна быть примерно одинаковой во избежание образования микрогальванических пар (электрокоррозия);

• температурные коэффициенты линейного расширения припоя и соединяемых материалов должны быть максимально близкими во избежание образования остаточных напряжений и трещин в паяном соединении;

• припой не должен в значительной степени снижать прочность (статическую и вибрационную) и пластичность соединяемых материалов, а также способствовать их хрупкому разрушению.

Помимо общих требований к припоям в зависимости от их использования может предъявляться и ряд специфических требований, например, по электропроводности, теплопроводности, коррозийной стойкости в специальных средах, деформации в горячем и холодном состояниях и др.

Механическая прочность припоев возрастает с увеличением содержания олова.

Электропроводность припоев зависит от содержания олова и составляет 8-14% электропроводности чистой меди.

Теплопроводность припоев находится в обратной пропорции содержанию олова.

Коррозийная стойкость припоев в различных агрессивных средах зависит от содержания олова. С увеличением его содержания стойкость к кислотам повышается, к щелочам - понижается.

Олово, как и свинец, в отдельности сравнительно редко применяют в качестве припоя.

Хотя олово и обладает высокой коррозийной стойкостью, паять им не всегда целесообразно, так как оно, подобно свинцу, имеет низкий предел ползучести.

Наибольшее применение нашли припои, содержащие 30-60% олова.

Оловянно-свинцовые припои применяют в различных отраслях промышленности при низкотемпературной пайке сталей, никеля, меди и ее сплавов. Они обладают высокими технологическими качествами, пластичны и при выполнении не требуют дорогостоящего оборудования и сложных способов пайки. Пайку оловянно-свинцовыми припоями производят обычно при нагреве паяльником.

Как правило, на практике чаще всего используются следующие припои:

1. Припой ПОС-40 (содержит 39-41% олова, остальное - свинец). Применяется для лужения и пайки электроаппаратуры, деталей из оцинкованного железа с герметичными швами. Т_пл= 235°С, Т_пайка= 290°С.

2. Припой ПОС-61 (содержит 60-62% олова, остальное - свинец). Применяется для лужения и пайки электро- и радиоаппаратуры, печатных плат, точных приборов с высокогерметичными швами, где недопустим перегрев. Тпл= 190°С, Тпайка= 240°С.

3. Припой ПОС-90 (содержит 89-91% олова, остальное - свинец). Применяется для лужения и пайки внутренних швов пищевой посуды и медицинской аппаратуры.

На рисунки 6.3 показана диаграмма состояния, которая показывает зависимость температур плавления и затвердевания от процентного содержания компонентов сплава.

Рисунок 6.3 -Диаграмма состояний для сплава "олово-свинец" (Sn - Pb)

Из диаграммы видно, что оптимальным является соотношение 64% олова и 36% свинца, при котором температуры плавления и затвердевания совпадают и имеют самое низкое значение (183 °C).

6.4 Флюсы

Паяльный флюс - вспомогательный материал, применяемый для удаления окислов с поверхности паяемого материала и припоя и предотвращения их образования в процессе пайки (флюс не допускает кислород к месту пайки).

Для обеспечения высокого качества паяного соединения свойства флюсы:

1. должны вступать во взаимодействие с окислами, прежде чем расплавится припой. Для каждого флюса существует температура его активного действия, которая несколько превышает температуру плавления флюса, но она должна быть ниже температуры плавления припоя;

2. должны быть жидкими и достаточно подвижными при температуре пайки, легко и равномерно растекаться по основному металлу, заполнять монтажные отверстия;

3. не должны образовывать соединений с основным металлом и припоем;

4. должны равномерно растекаться у места пайки, не давая окислиться ему в процессе пайки;

5. не должны давать остатка, способного вызвать коррозию.

Дымы в процессе пайки должны быть безвредными для окружающих деталей в случае осаждения копоти на их поверхность.

В качестве флюсов используются различные одно- и многокомпонентные соединения. Компоненты флюса выбирают в зависимости от характера окисла на поверхности металла. Для кислого окисла флюс должен иметь основной характер; для окислов, являющихся основанием, флюс должен быть кислым. В тех случаях, когда химическая активность компонентов флюса недостаточна, в него вводят соединения, растворяющие окисную пленку.

Иногда для разрушения окислов может быть использовано вещество, более активно вступающее во взаимодействие с самим металлом, чем с его окисной пленкой. Через трещины в окисной пленке это вещество может вступить в реакцию с металлом, а продукт реакции, образующийся при этом, диспергирует окисную пленку, очищая поверхность детали.

6.5 Классификация флюсов

По наиболее общей классификации флюсы делятся на неактивные (бескислотные) и активные (кислотные).

По температурному интервалу пайки флюсы делятся на высокотемпературные (выше 450°С) и низкотемпературные (ниже 450°С).

По природе растворителя флюсы бывают водные и неводные.

По природе активаторов высокотемпературные флюсы делятся на галогенидные, фторборатные, боридно-углекислые; низкотемпературные - на канифольные, кислотные, галогенидные, фторборатные, анилиновые, стеариновые.

В наименованиях флюсов, имеющих несколько активаторов, указываются все активаторы.

По механизму действия различают флюсы защитные, химического действия, электрохимического действия, реактивные. По агрегатному состоянию флюсы бывают твердые, жидкие и пастообразные.

При производстве радиомонтажных работ часто используют канифольные и спирто-канифольные (жидкие) флюсы.

Рисунок 6.4 - Схема процесса пайки:

1 - паяльник, 2 - замещение флюса припоем, 3 - расплавленный припой, 4 - контактный лепесток, 5 - контактный вывод детали (провод)

Оптимальным рецептом таких флюсов является следующий. Большая часть их активаторов (очищающих веществ) испаряется в процессе пайки. На паяльнике флюс вскипает и не образует нагара (рисунок 6.4).

6.6 Паяльники

Наибольшее распространение в промышленности и в бытовых условиях получили электрические паяльники, которые в зависимости от материалоемкости паяемых изделий имеют различные размеры. Рабочая часть паяльника представляет собой стержень из меди, медных сплавов и других материалов. Электронагреватель, расположенный с внешней стороны стержня или внутри его, изготовлен из материала с большим электросопротивлением; подачу теплоты в рабочую часть стержня - "жала" - регулируют изменением входного напряжения. Эффективность электропаяльника зависит от теплоемкости стержня и скорости восстановления температуры.

По режиму нагрева паяльники разделяют на паяльники непрерывного и периодического нагрева. Паяльники непрерывного нагрева рассчитаны на длительную работу во включенном состоянии.

Паяльники периодического нагрева подразделяют на паяльники форсированного и импульсного режима нагрева. Импульсные паяльники используются для пайки выводов микроминиатюрных радиокомпонентов, перегрев которых недопустим. У низковольтных паяльников импульсного типа паяльный стержень заменен тонкой нихромовой проволокой, время разогрева которой практически мгновенное. В этом случае время пайки, припой и флюс дозированы (в виде таблеток).

По форме рабочей части "жала" паяльники разделяются на торцевые, курковые, молотковые и угловые (рисунок 6.5).

Торцовые паяльники применяют для монтажа в открытых и труднодоступных местах аппаратуры, курковые и угловые - для пайки открытых швов и монтажных соединений, молотковые - для пайки электромагнитных экранов, шасси и других массивных элементов РЭА.

Рисунок 6.5 - Различные формы электрических паяльников: а - торцевой, б - курковый, в - молотковый, г – угловой

Для быстрого и равномерного прогрева паяемых деталей стержень паяльника должен соприкасаться с проводами и выводами радиоэлементов на возможно большей площади. Поэтому конец стержня паяльника затачивают на соответствующий угол (25-45°). Периодически стержень нужно очищать от оксидов, а его поверхность выравнивать и снова затачивать.

В зависимости от размеров паяемых деталей выбирают паяльники различной мощности нагревательного элемента и напряжения питания. Для обеспечения большей безопасности работающих наиболее широко используют паяльники с низким напряжением питания: 6, 12, 24, 36 В или 42 В.

Микропаяльник (рисунок 6.6, а) предназначен для пайки выводов микроминиатюрных изделий РЭА (например, ИМС) к установочным элементам печатного и объемного монтажа, лужения и пайки микровыводов. Температура рабочего стержня в установившемся режиме 280-340°С, напряжение 6В, мощность 6 Вт, диаметр стержня 1,5 мм.

Рисунок 6.6 - Электрические паяльники различной мощности: а - микропаяльник, б - маломощный (до 40 Вт), в - средней мощности (40 - 60 Вт), г - большой мощности (свыше 60 Вт)

Маломощный паяльник (рисунок 6.6 б) предназначен для пайки выводов микроминиатюрных изделий РЭА к монтажным элементам печатного и объемного монтажа. Температура рабочего стержня 280-340°С, напряжение 6В, мощность 15 Вт, диаметр стержня 3 мм.

Паяльник средней мощности (рисунок 6.6 в) предназначен для пайки и лужения монтажных проводов сечением до 0,18 мм², лужения монтажных элементов пайки и проводов намоточных изделий диаметром до 0,4 мм. Температура рабочего стержня 280-340°С, напряжение 24 или 36 В, мощность 25, 30 и 40 Вт, диаметр стержня 4-6 мм.

Мощный паяльник (рисунок 6.6 г) предназначен для пайки и лужения выводов компонентов РЭА и приборов, а также лужения и пайки монтажных проводов сечением до 0,5 мм² и проводов моточных изделий диаметром до 0,8 мм. Напряжение 36 или 42 В, мощность 65 Вт, диаметр стержня 16 мм.

При пайке выводов радиодеталей, особенно малогабаритных (рисунке 6.7), в монтажные отверстия а,б, к контактным лепесткам в, в пистоны и т.п. необходимо обеспечивать теплоотвод. В качестве теплоотвода используют пинцет 1 с губками из красной меди 2 или специальные зажимы-теплоотводы. Теплоотвод устанавливается между корпусом детали и местом пайки (не ближе 5 мм).

Рисунок 6.7 - Пайка вывода радиодеталей с теплоотводом: а - на расстоянии от места пайки до корпуса детали менее 8 мм, б - неизолированных проводов или выводов, заключенных в трубки,в - герметизированных деталей

6.7 Контроль качества пайки

Форма паяных соединений должна иметь вогнутые галтели припоя (без избытка припоя). Паяная поверхность должна быть светлой, блестящей (светло-матовой) без темных пятен, посторонних включений. Через припой должны четко проявляться контуры входящих в соединение выводов и проводников (рисунке 6.8, 6.9).

Рисунок. 6.8.-Примеры пайки соединяемых деталей при хорошей (а)

и плохой (б) смачиваемости припоем

Рисунок. 6.9.- Визуальный контроль качества паяных соединений:

а - правильная пайка, б- неправильная пайка

Ошибки при пайке:

1. Припой лежит "комком" ("на паяльнике был в виде кашицы"). Такая пайка называется "холодной" (без достаточного прогрева паяльника или соединения).

2. На паяльнике нагар, который попадает в паяное соединение.

7 Проектирование электрических схем и печатных плат

Данная практическая работа выполняется с использованием компьютера для закрепления навыков конструирования электронных устройств.

Цель работы:

1. Научиться разрабатывать печатные платы электронных устройств.

2. Приобрести первоначальные навыки автоматизированной трассировки печатных плат при использовании ЭВМ.

При подготовке к работе необходимо проработать теоретический материал по данному пособию и рекомендованной литературе.

1. Общие сведения

Несколько десятилетий назад был разработан способ монтажа радиоэлектронных устройств на так называемых печатных платах (ПП). Что он собой представляет?

Прежде радиотехнические устройства собирали с применением объемного монтажа, для которого характерно крепление деталей на различных стойках, колодках, планках, а основными крепежными узлами для выводов деталей служили металлические лепестки, штырьки, пистоны. Устройства, выполненные методом объемного монтажа, имеют большие габариты, массу и множество соединительных проводов.

Операции сборки, монтажа и регулировки вычислительных машин, где электрические соединения функциональных элементов и узлов выполнены монтажными проводами, очень трудоемки. Общая сумма затрат на эти виды работ доходит до 60-70 % от всех прямых производственных расходов на изделие.

К принципиально новым конструкциям относятся печатные схемы (печатные платы - ПП), производство которых позволяет осуществить широкую механизацию и автоматизацию технологических процессов. Конструктивная особенность ПП заключается в том, что все элементы монтажа представляют собой тонкие слои электропроводящего материала, сцепленные с поверхностью плат из электроизоляционных материалов.

К особенностям печатного монтажа относятся:

• плоскостное расположение печатных проводников на плате, что не позволяет осуществить переход с одной платы на друхую без перемычек, переходных колодок или разъемов;

• использование при изготовлении ПП одинаковых или однородных приспособлений;

• введение в конструкцию необходимой для механизации системы расположения отверстий в ПП - координатной сетки;

• установка навесных элементов и крепление их выводов только посредством пропускания их в отверстия;

• одновременная запайка выводов всех установленных на ПП элементов;

• определенная последовательность сборочно-монтажных работ, размещение навесных радиоэлементов на плате и предварительное механическое закрепление их, запайка выводов навесных элементов, установка прочих элементов с механическим креплением (рисунок 7.1).

Рисунок 7.1. Вид импульсного источника питания с основанием - печатной платой

Печатные платы делаются из фольгированного изоляционного материала (гетинакса, стеклотекстолита, фторопласта). На одну из сторон изоляционного материала прочно наклеена металлическая фольга, из которой в дальнейшем можно получить проводники любой формы. Такой проводник представляет собой полоску фольги, соединяющую выводы двух или более деталей, установленных на печатной плате в соответствии с принципиальной схемой радиотехнического устройства.

Форма проводников, их количество и взаимное расположение определяются схемой устройства, применяемыми элементами, а также в соответствии с опытом человека, разрабатывающего чертеж печатной платы.

Печатные проводники характеризуются в целом двумя параметрами: электрическим сопротивлением и прочностью сцепления проводника с основанием.

Благодаря сильно развитой поверхности, обеспечивающей хороший теплообмен между проводниками и диэлектрическим основанием, а также окружающей средой, печатные проводники допускают значительно большие удельные плотности тока по сравнению с проволочными.

При всех методах получения печатного монтажа в целях упрощения расчетов плотность тока для печатного монтажа принимается равной 20 А/мм²; прочность сцепления - не менее 25-30 кгс/см².

Печатные проводники хорошо соединяются с навесными радиоэлементами схемы путем пайки и сварки. Наличие больших фольгированных участков позволяет предохранить изоляционную плату от воздействия влаги, защитить основание от местных перегревов (хорошее распределение и отвод теплоты), оказывает экранирующее действие при заземлении участков фольги, не используемых в качестве токопроводящих элементов.

В зависимости от варианта технологического процесса изготовления печатного монтажа для печатных плат применяют либо обычный диэлектрик, на который затем наносят металлизированную схему, либо 70 диэлектрик, покрытый сплошным слоем металла (фольгированный), с которого затем стравливают лишний металл.

Конструкция печатного узла разрабатывается с учетом особенностей печатного монтажа и методов изготовления плат.

1. Классификация печатных плат

При классификации ПП используют следующие основания:

1. Число проводящих слоев. ПП могут быть одно-, двух- и многослойными. Одно- и двухслойные ПП называются также одно- или двусторонними, так как проводящие слои в них располагаются с одной или двух сторон диэлектрика.

Многослойные печатные платы (Ml 111) по сравнению с двумя другими видами плат обладают существенно большей плотностью размещения печатных проводников, меньшими потерями сигналов в них, меньшими массой и габаритами.

1. Вид материала основы. Наибольшее применение для изготовления ПП получили фольгированные диэлектрические материалы (гетинакс, стеклотекстолит), представляющие собой диэлектрик с нанесенной с одной или двух сторон медной фольгой. Для изготовления микромодулей, микросхем и микросборок применяются подложки из эластичных полимеров, полиэфирных пленок, керамики и стекла.

Для изготовления ПП применяют следующие диэлектрики:

• фольгированный гетинакс (ГФ-1, ГФ-1-П, ГФ-2-П, ГФ-1-Н, ГФ-2-Н);

• фольгированный стеклотекстолит (СФ-1, СФ-2, СТФ);

• низкочастотный фольгированный диэлектрик (НФД-180-1, НФД-180-2);

• фольгированный гальваностойкий диэлектрик (ФДГ);

• фольгированный низкочастотный диэлектрик (НФДФ-8).

Чаще всего для изготовления ПП применяют фольгированный стеклотекстолит марки СТФ или фольгированный гетинакс марки ГФ. Гетинакс по сравнению со стеклотекстолитом имеет несколько худшие характеристики, но он вполне пригоден для большинства электронных схем. При работе с гетинаксом используются легкоплавкие припои (ПОСК-50, ПОС-40, ПОС-61), так как фольга при перегреве печатных проводников во время пайки может легко отслаиваться.

Промышленность выпускает фольгированные материалы различной толщины. Обычно используют материалы толщиной 1,5 мм. Но в тех случаях, когда плата имеет большие размеры и на ней необходимо разместить массивные элементы, применяют материалы толщиной 2-2,5 мм.

1. Вид соединений между слоями. ПП изготавливаются с металлизированными отверстиями, пистонами, послойным наращиванием, открытыми контактными площадками, выступающими, а затем подогнутыми выводами каждого слоя.

2. Плотность проводников. Различают ПП свободные (ширина проводников и расстояние между ними не менее 0,5 мм) и уплотненные (ширина проводников и расстояние между ними до 0,25 мм).

3. Способ нанесения проводников. ПП получают обработкой фольгированных диэлектриков и нанесением тонких слоев токопроводящих паст.

4. Способ изготовления. ПП разделяют на платы, полученные химическим травлением, электрохимическим осаждением, комбинированным способом. От способа изготовления зависят конечные характеристики ПП, так как характер химической обработки влияет на диэлектрические свойства материала основы.

Изготовление ПП состоит в нанесении изображения рисунка схемы и создании проводников на диэлектрическом основании платы. Существует несколько способов нанесения рисунка схемы на плату, выбор которых зависит от материала платы и способа металлизации проводников.

7.3 Конструкция печатных плат

Печатный узел может быть одноплатным, межплатным или сборным, состоящим из двух или трех одноплатных печатных узлов (рисунок 7.2).

Рисунок 7.2 - Конструкции печатных узлов: а - одноплатные; б - межплатные; в – сборные

Навесные радиоэлементы устанавливают на плате таким образом, чтобы можно было выполнить пайку погружением, исключив воздействие припоя на эти элементы. Поэтому независимо от назначения и габаритных размеров все элементы в одноплатной конструкции располагаются с одной стороны платы .

Навесные элементы РЭА размещают на плате рядами, в определенном порядке. Иногда допускаются некоторые отступления от этого требования, но совершенно исключено расположение деталей под различными углами друг к другу (рисунок 7.3).

Рисунок 7.3. Расположение навесных элементов на плате: а - желательное; б - допустимое; в - недопустимое

Выводы навесных элементов РЭА крепят в отверстиях платы. В каждом отверстии размещают выводы только одного элемента (рисунок7.4).

Рисунок 7.4 - Крепление выводов навесных элементов

Радиоэлементы значительной массы и больших габаритов (например, силовые трансформаторы, радиаторы мощных полупроводниковых диодов, громкоговорители) размещают вне платы и присоединяют к ней жгутами из монтажного провода со специальными соединителями.

Элементы и узлы с большим количеством выводов закрепляются на плате в зависимости от их конструктивного оформления или механической прочности.

Конструкция каждого узла должна предусматривать свободный доступ к любому элементу печатной платы и легкую замену его в процессе настройки и эксплуатации. Во избежание замыкания печатного проводника на корпус прибора плату изолируют от шасси. Заземление осуществляется посредством перемычек и лепестков, впаянных в монтажные отверстия и контактирующих с шасси. Непосредственный контакт печатного проводника с шасси не допускается.

Перед пайкой выводы навесных элементов, а также перемычки из монтажного провода закрепляют в отверстиях платы, чтобы они не выпали в процессе транспортировки и групповой пайки. Элементы крепят, пропуская выводы в отверстия и подгибая их под платой в любом направлении. Длина подогнутого вывода должна быть не менее 0,6 мм, а место изгиба вывода - не ближе 2 мм от корпуса элемента. Длина вывода от корпуса элемента до места пайки должна соответствовать установленным техническим условиям.

На рисунок 7.5 показаны различные способы крепления навесных радиоэлементов (резисторов, конденсаторов, ИМС) на платах 1 с печатными проводниками 2. На рисунок 7.5, а, б изображен односторонний монтаж (под корпусом нет печатных проводников).

Рисунок 7.5 - Способы крепления навесных радиоэлементов и ИМС на печатных платах:

а, б- односторонний монтаж, в, г - двусторонний монтаж; 1 - печатная плата, 2 – проводники

Расстояние между корпусом или выводами элемента и краями платы должно быть не менее 2 мм, между корпусами соседних элементов или узлов - не менее 1 мм, а от края корпуса элемента до центра отверстий под выводы других элементов, расположенных перпендикулярно, - не менее 2,5 мм (рисунок 7.6).

Рисунок 7.6 - Расположение навесных элементов на плате

7.4 Проектирование печатных плат

Усложнение конструкции электронной вычислительной аппаратуры неизбежно ведет к усложнению ПП как основы для осуществления электрических связей между составляющими аппаратуру элементами. Увеличение числа и типов элементов, числа выводов корпусов интегральных схем усложняет электрическую схему машины, насыщает ее электрическими проводниками. Соединение (трассировка, т.е. указанный путь, трасса) этих проводников между собой в одной, двух или нескольких плоскостях (дляодно-, двух- и многослойных) представляет собой сложную математическую и инженерную задачу, решение которой на современном этапе развития техники ЭВМ невозможно без использования мощных вычислительных средств.

Принципиально задача размещения элементов и проводников между ними может быть решена вручную. Однако в таком случае потребуется много конструкторов, длительное время для трассировки проводников, скрупулезная проверка и исключение ошибок. Задача еще более усложнится, если учитывать (а это, как правило, необходимо делать) специфичность отдельных проводников, например, особую чувствительность к перекрестным помехам, необходимость выполнения минимальной длины и т.д.

По существу, задача трассировки проводников в одной или нескольких плоскостях сводится к полному перебору всех возможных вариантов размещения соединяемых элементов и нахождению оптимального. Критерием оптимальности является минимальная сумма длин всех размещенных на плате печатных проводников.

Стремление к минимизации суммарной длины проводников диктуется необходимостью уменьшения задержек сигналов, потерь на сопротивлениях проводов, уровня помех и т.д.

Размещение проводников состоит в определении пути соединения между двумя несвязанными соединениями. Этот этап проектирования печатного монтажа является наиболее трудоемким.

Исходные данные для решения задачи проектирования печатного монтажа:

• размер монтажного поля;

• минимально допустимая ширина печатных проводников и расстояний между ними;

• форма контактных площадок;

• число слоев (монтажных плоскостей);

• способы перехода из одного слоя в другой (с помощью металлизированных отверстий или перемычек, пистонов);

• расположение выводов элементов;

• геометрия и координаты участков, запрещенных для раскладки проводников;

• электрическая схема размещаемого на плате узла.

7.5 Основные правила конструирования печатных плат

Конструирование ПП производится в соответствии со следующими правилами:

1. Максимальный размер стороны печатной платы - как однослойной, так и многослойной - не должен превышать 500 мм. Это ограничение определяется требованиями прочности и плотности монтажа: чем больше плата, тем меньше плотность монтажа. Для плат с большими размерами предусматривают специальные меры повышения жесткости (дополнительные точки крепления в устройстве, введение ребер жесткости и т.д).

2. Для упрощения компоновки блоков и унификации размеров печатных плат рекомендуются следующие соотношения размеров сторон печатной платы: 1:1; 2:1; 3:1; 4:1; 3:2; 5:2 и т.д.

3. Целесообразно в целях максимального использования физического объема ЭВМ и других электронных устройств и упрощения их изготовления разрабатывать печатные платы прямоугольной формы.

4. По краям печатной платы следует предусматривать технологическую зону шириной 1,5 - 2,0 мм. Размещение установочных и других отверстий, а также печатных проводников в этой зоне не допускается.

Все отверстия должны располагаться в узлах координатной сетки. В том случае, если шаг расположения выводов микросхем не соответствует шагу координатной сетки, одно из отверстий под вывод (желательно первый) микросхемы должно обязательно находиться в узле координатной сетки.

1. Для правильной ориентации микросхем при их установке на печатную плату напоследней должны быть "ключи", определяющие положение первого вывода микросхемы.

2. Конденсаторы, резисторы и другие навесные элементы следует располагать параллельно координатной сетке. Расстояние между их корпусами должно быть не менее 1 мм, а расстояние между ними по торцу - не менее 1,5 мм.

3. Диаметры монтажных отверстий необходимо принимать равными 0,5, 0,8, 1,0, 1,3; 1,5; 1,8; 2,0; 2,4 мм. Обычно диаметр отверстия берут больше диаметра вывода на 0,5 мм, так как при этом обеспечивается наиболее полное заполнение его припоем при пайке. Отверстия под выводы микросхем и навесных деталей зенкуют с обеих сторон платы. Установочные, проходные и технологические отверстия не зенкуют. Отверстия под выводы микросхем и навесных деталей и отверстия, соединенные печатными проводниками, должны иметь контактные площадки, диаметры которых могут не менее чем на 1 мм превышать диаметр зенковки. Установочные, проходные и технологические отверстия контактных площадок не имеют.

4. На печатных платах должны быть предусмотрены ориентировочный паз (или срезанный левый угол) или технологические базовые отверстия, необходимые для правильной ориентации при изготовлении двусторонней печатной платы. С краев печатной платы следует снимать фаски.

5. Печатные проводники не должны иметь резких перегибов и острых углов. Переходы при разветвленном проводнике или переходы проводника к контактной площадке необходимо изготовлять плавными с радиусом закругления не менее 2 мм.

6. Печатные проводники по возможности следует выполнять максимально короткими. При изготовлении особо длинных печатных проводников L200 мм целесообразно предусматривать дополнительные монтажные площадки и отверстия.

11 Ширину печатных проводников и расстояние между ними следует устанавливать после проведения соответствующих расчетов.

12 Прокладка рядом входных и выходных печатных проводников схемы, одного печатного проводника параллельно другому, аналогичному проводнику на той или на иной стороне платы не рекомендуется во избежание возникновения паразитных наводок.

13 Проводники входных высокочастотных цепей должны прокладываться в первую очередь и быть максимально короткими.

14 Заземляющие проводники, по которым протекают суммарные токи всех цепей, следует изготовлять максимально широкими или использовать для этой цели латунные полосы шириной 3-5 мм, монтируемые на плату.

15На печатных платах с использованием микросхем серий К155, К555, KP 1533 для защиты от низкочастотных помех, проникающих по цепям питания, необходима установка блокировочных конденсаторов между цепью +5 В и общим проводом. Их число определяется одним- двумя конденсаторами емкостью 0,033...0,15 мкФ на каждые пять микросхем, расположенных на плате равномерно, или это может быть один электролитический конденсатор, устанавливаемый непосредственно у контактов разъема питания платы. Такие же конденсаторы следует установить радом со всеми микросхемами с мощным выходом или с потребляемой мощностью более 0,5 Вт. Для защиты от высокочастотных наводок используются керамические конденсаторы емкостью не менее 2 пФ, устанавливаемые непосредственно к выводам питания каждой микросхемы.

16 Число отверстий различных диаметров следует сводить к минимуму. Чем меньше это число, тем меньше усилий потребуется при изготовлении печатной платы.

К печатным проводникам применимы те же способы монтажа, которые используются в обычных конструкциях. Однако если при монтаже изолированным проводом возможны пересечения проводников, то при печатном монтаже их размещают только в одной плоскости, а в результате этого невозможно их пересечение. Чтобы в точках пересечения проводников не возникали контакты, необходимо изменять пути прокладки (трассы) проводников (рисунок 7.7). В некоторых случаях для избежания контакта при пересечениях применяют переходы на противоположную сторону с помощью металлизированных переходных отверстий.

При выборе формы проводников используют один из вариантов: либо применяют плавные линии печатных проводников, которые обеспечивают кратчайшие соединения элементов (см. рисунок7.7 а), либо вычерчивают рисунок печатных проводников в виде прямых линий и прямых углов (см. рисунок 7.7, б). Этот метод характеризуется тем, что место каждой линии заранее определяется координатной сеткой; рисунок проводников получается простым.

Рисунок 7.7 - Образцы печатного монтажа:

а - с кратчайшими соединениями элементов;

б - с установкой элементов в узлах координатной сетки

Неавтоматизированная разработка одно- и двусторонних печатных плат включает в себя ряд выполняемых последовательно операций и решений, принимаемых в зависимости от результатов, полученных после выполнения некоторых операций (рисунок 7.8).

Рисунок 7.8 - Этапы разработки одно- и двусторонних печатных плат

7.6 Программы для разработки и моделирование электрических схем

7.6.1 Программа Splan

Программа Splan -графический редактор с элементами, позволяющими легко рисовать электрические схемы (рисунок 7.9). Очень простой и интуитивно понятный интерфейс. Может использоваться как текстовый редактор, легко составляются таблицы. Для рисования электрических схем имеется несколько библиотек, элементы которых могут легко редактироваться и добавляться, есть функция автоматической нумерации элементов, привязка линий к выводам элементов, группировка элементов, привязка к сетке. Возможность рисования линий под определенным углом, поворот элементов, вставка рисунка, экспорт в форматы jpg, bmp. Удобный вывод на печать.

Рисунок 7.9 – Вид электрической схемы в программе Splan

Программа Multisim

ПрограммаMultisim - чрезмерно мощная программа для моделирования процессов и расчёта электронных устройств на аналоговых и цифровых элементах (рисунок 7.10). Большой выбор виртуальных генераторов, осциллографов. Особенностью программы являет собой присутствие контрольно-измерительных приборов, по наружному виду и характеристикам приближенных к их промышленным аналогам. Программа просто осваивается и довольно удобна в работе. После составления схемы и ее упрощения путем оформления подсхем моделирование начинается щелчком обычного выключателя.

Рисунок 7.10 – Моделирование электрической схемы в программе Multisim

7.6.2 Программа Sprint-Layout

ПрограммаSprint-Layout - Простой, но в тоже время очень эффективный программный пакет для проектировки и ручной разводки печатных плат малой и средней сложности (рисунок 7.11).

Основным достоинством Sprint-Layout является интуитивно понятный интерфейс, включающий в себя лишь самые необходимые инструменты для подготовки печатных плат размером 300 на 300 мм. Программа позволяет работать с двумя слоями (проводников и маркировки) для каждой стороны платы. Дополнительные возможности – слой паяльной маски, металлизация, SMD-маска. Встроенный трассировщик только помогает разводить проводники, и не является автоматическим. В пополняемой библиотеке содержатся наиболее распространенные электронные компоненты. В Sprint-Layout реализована возможность экспортировать результаты работы в популярные форматы Excellon и Gerber, а также создать файл HPGL для отделки печатной платы на программно-управляемом фрезерном станке.

Рисунок 7.11– Вид печатной платы в программе Sprint-Layout

7.7 Практические задания

Задание №1 Навыки пайки и монтажа

В схеме фотореле при освещенном фоторезисторе лампа горит, при затемнении фоторезистора лампа гаснет.

Рисунок 7.12 - Схема фотореле

Задание №2 Навыки монтажа: симметричный и несимметричный мультивибраторы

а б

Рисунок 7.13 - а) симметричного и б) несимметричного мультивибратора

Регулировка R2 в схеме симметричного мультивибратора (рисунок 7.13 а) меняет частоту вспышек лампы, в схеме несимметричного мультивибратора (рисунок 7.13 б) резистор R2 обеспечивает работоспособность схемы и меняет частоту вспышек лампы.

Задание №3 Работа с мультиметром

а б

Рисунок 7.14 - а) несимметричный мультивибратор б) триггер

На рисунке 7.14 а при затемненном фоторезисторе лампа редко вспыхивает, при освещении фоторезистора лампа гаснет. В схеме рисунок 16 б после замыкания базы транзистора VT1 на шину общего провода лампа загорается, после замыкания базы транзистора VT2 – гаснет. Работа с мультиметром:

• измерить сопротивления постоянных резисторов;

• измерить сопротивление освещенного и затемненного фоторезистора;

• измерить сопротивление утечки оксидного конденсатора;

• измерить сопротивление переходов кремниевого транзистора и германиевых транзисторов p-n-p и n-p-n (с разными полярностями омметра), сделать заключение о работоспособности транзисторов;

• измерить потенциалы характерных точек работающих устройств.

Задание №4 Изучение работы источника питания

Рисунок 7.15 - Схема источника питания

В схеме (рисунок 7.15) преобразователя напряжения (несимметричный мультивибратор с выпрямителем- удвоителем напряжения) зарисовать осциллограммы в точках 1 и 2, по осциллограммам измерить амплитуду и напряжения логического нуля и логической единицы, длительность и период импульсов, рассчитать частоту, скважность и коэффициент заполнения импульсов. Меняя на выходе источника питания (точка 3) нагрузочные резисторы Rн, снять и построить нагрузочную вольтамперную характеристику, рассчитать внутреннее сопротивление источника питания. При минимальном сопротивлении Rн, не вызывающем резкого снижения выходного напряжения, измерить среднее значение и амплитуду пульсаций, рассчитать коэффициент пульсаций выходного напряжения.

8 Рабочее место по выполнению электромонтажных работ

Для выполнения электромонтажных работ в лаборатории, рабочие места оснащены соответствующим оборудованием (рисунок 8.1).

Рисунок 8.1 – Рабочее место электрорадиомонтажника

Приложение А

Виды закрепления провода

Приложение Б

Типовые компоненты с двумя радиальными выводами

1 ГОСТ 29137-91 Формовка выводов и установка изделий электронной техники на печатные платы. Общие требования и нормы конструирования

Приложение В

Установка элементов

а-над изоляционной поверхностью; б-над проводящей поверхностью; в-с плоскими выводами; г-е- с диэлектрическим покрытием

Приложение Г

Способы установки транзистора на плату

Приложение Д

Чертежи некоторых электрорадиоэлементов

Светодиоды АЛ307А, АЛ307Б

Микросхема серии TDA2006

Размеры и цоколевка тиристора КУ101А

Цоколевка транзистора 2N1480

Цоколевка транзистора КТ361А

Цоколевка транзистора КТ817В

Размеры и цоколевка диода Д214А

Размеры и цоколевка диода КД105Б

Размеры и цоколевка диода Д203

Приложение Е

Условные обозначения радиоэлементов

Условное обозначение резисторов

Обозначение мощности резисторов

Обозначение переменных резисторов

Условное обозначение конденсаторов

Условное обозначение оксидных (электролитических) конденсаторов

Условное обозначение переменных конденсаторов

18