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".
Язык схем интернационален, почти как музыка, и также красив. В то время как лингвисты не одно столетие бьются над созданием эсперанто (искусственный международный язык), "электрорадиосообщество" давно обо всем договорилось. Остается только приобщиться к этой части общей культуры. "Игра стоит свеч" - именно схема тот заветный ключ, который открывает дверь в страну "Радиоэлектроника".
Слово "схема" происходит от греческого schema, означающего образ, вид. В электронике используются схемы, под которыми подразумевают чертеж в виде условных графических изображений и буквенно-цифровых обозначений, показывающий составные части устройства (или системы) и взаимосвязь между ними.
Наиболее распространены схемы: структурные, принципиальные, монтажные и замещения.
Структурная схема определяет основные функциональные части устройства в виде укрупненных блоков, их назначение и взаимосвязи. Эту схему зачастую называют блок-схемой, а иногда, следуя анатомической аналогии - "скелетной".
Принципиальная электрическая схема, называемая также полной, определяет наиболее полный состав устройства и дает детальное представление о принципах его работы. Радиолюбители под термином "схема" подразумевают именно этот вид схем.
Монтажная схема или схема соединений показывает соединения составных частей устройства и определяет провода, жгуты, кабели и т. п. элементы, которыми осуществляются эти соединения, а также места этих присоединений и ввода (соединители, платы, зажимы и т. п.). Радиолюбители используют также объединенные "компоновочные" схемы, на которых, наряду с расположением компонентов и законченных функциональных блоков, показывают и монтажные элементы.
Схема замещения (или эквивалентная схема) - схема электрической цепи устройства (или его части), отображающая ее свойства при определенных условиях. По своей сути является расчетной моделью устройства.