Юрий Ревич - Занимательная микроэлектроника

Рис. 4.9. Разводка питания:

а— схема разделения нагрузок с помощью развязывающего фильтра; б— организация питания для быстродействующих и прецизионных усилителей

Есть такой эмпирический закон, известный под названием «закона Мэрфи», который имеет множество формулировок, но основная мысль, содержащаяся в нем, такова: «всегда полагайтесь на худший из возможных исходов». В моей практике этот закон не нарушался никогда: например, если некий прибор сломался, то обязательно следует предполагать, что поломка произошла как минимум в двух местах. И это невероятное предположение, противоречащее основным положениям теории надежности, обычно подтверждается на практике!

Наверное, вы хотите, чтобы ваши конструкции работали долго. Тогда имейте в виду, что в радиоэлектронике в полной мере оправдывается правило, которое заметили еще авиаконструкторы: красивый самолет имеет и лучшие летные качества. Аккуратно и эстетично смонтированный прибор будет работать лучше и надежнее — этому можно, кстати, отыскать вполне рациональные объяснения. Если, например, у вас соединительные провода между блоками имеют произвольную длину и толщину и кое-как запиханы в корпус прибора, напоминая мочалку для мытья посуды, то велика вероятность того, что вы зацепите тот или иной провод при сборке, и он просто оторвется, а если он слишком толстый и жесткий, то и цеплять не надо — пайка отломится при малейшей попытке отогнуть провод в сторону. Наоборот, слишком тонкий и мягкий провод будет цепляться за все подряд и обязательно попадет под крепежные винты.

Ни в коем случае не берите за образец сборку персональных компьютеров — там совершенно другая технологическая база, и спроектировано все настолько надежно, что хаотичное расположение кабелей в корпусе уже не может помешать работоспособности (хотя в фирменно собранных ПК кабели все же убирают в аккуратные жгуты). «На коленке» такого не достичь, потому берите лучше пример с отечественной военной сборки, которая технологически немногим отличалась от «наколеночной», но, тем не менее, довольно надежно работала.

Радиолюбителю недоступны не только многослойные печатные платы, но часто даже обычные платы с металлизированными отверстиями. Однако если все сделано аккуратно и с соблюдением элементарных технологических правил, то ручная сборка ничуть не менее надежна, чем автоматизированная. Конечно, такой миниатюризации, когда в корпус мобильника вмещают процессор с чипсетом, высокочастотную приемную часть, память, контроллер дисплея и т. п. ручной сборкой достичь не удастся. И не надо к этому стремиться — применяйте более удобные для ручной пайки корпуса микросхем типа DIP (с выводами вниз, а не в плоскости самой микросхемы, см. рис. 12.1 в главе 12 ) и обычные резисторы и конденсаторы, с гибкими выводами, а не для поверхностного монтажа. Тогда все будет работать очень надежно.

Заметки на полях

Иногда микросхемы удобно ставить на панельки — не только дорогие, вроде микроконтроллеров или памяти, но даже и обычную логику. Это упрощает монтаж и позволит легко заменять их при необходимости. Следует только иметь в виду, что отечественные микросхемы в корпусах DIP выпускаются с шагом 2,5 мм, а импортные — 2,54 мм. Для выбора панелек это некритично, если число выводов в одном ряду не больше 16 — тогда они фактически взаимозаменяемы, в противном случае отечественные микросхемы могут не влезть в импортные панельки и наоборот. Для фирменных плат с металлизацией величина шага между выводами начинает сказываться уже для корпусов с четырьмя выводами в одном ряду. То же, кстати, относится и к некоторым другим компонентам, таким как клеммники, которые при внешней тождественности могут быть с шагом 5 или 5,08 мм. Если вы наберете ряд клеммников уже из трех-пяти штук, то при ошибке в раскладке они в плату не встанут.

Все схемы в настоящее время располагают на печатных платах. Название «печатные» произошло от того, что промышленные платы изготавливаются методом фотопечати. Однозначно следует отдавать ваши платы в промышленное изготовление, если вы делаете несколько экземпляров (чем больше, тем получится дешевле в расчете на один экземпляр) хорошо отработанного и обкатанного на макете устройства, так вы сильно экономите на последующей отладке, сборке, и, к тому же, надежность полученного устройства заметно выше и меньше зависит от квалификации монтажника. А если вы изготавливаете ваше изделие в одном экземпляре, то чаще всего затевать подобную историю экономически нецелесообразно: времени уйдет масса, а стоимость раскладки и изготовления одной платы средних размеров даже в самых дешевых мастерских может составить сотни «вечнозеленых». Быстрее и дешевле аккуратно собрать схему на универсальной макетной плате, хотя это и приводит к значительной трате времени на монтаж и его проверку.

Изготовление плат

Существует немало описанных в литературе способов изготовления печатных плат в домашних условиях (достаточно поковыряться в старых подшивках журнала «Радио»). Вот один из самых простых.

Подготовьте рисунок проводников в натуральную величину — бумажный шаблон с четко обозначенными центрами отверстий. Раньше такие шаблоны приходилось рисовать карандашом на миллиметровке, теперь, располагая компьютером и принтером, можно сделать все гораздо аккуратнее и точнее. Вырежьте ножницами по металлу заготовку платы из фольгированного стеклотекстолита, соблюдая точные габаритные размеры. Затем плотно по всей поверхности наклейте на заготовку шаблон, используя простой резиновый клей — это позволит потом легко удалить бумагу и остатки клея с заготовки. Аккуратно накерните отверстия по шаблону, затем шаблон можно удалить.

Положите заготовку шаблоном вверх на деревянное основание, которое не жалко испортить, и закрепите ее струбцинкой. Чем плотнее заготовка прижмется к основанию, тем лучше. Затем микродрелью просверлите отверстия в помеченных местах, выбирая сверла соответствующего диаметра (для выводов большинства обычных компонентов — резисторов, диодов, маломощных транзисторов, микросхем — подойдет сверло 0,6–0,7 мм, остальные измерьте штангенциркулем и накиньте 0,1 мм). Учтите, что сверла на стеклотекстолите довольно быстро тупятся и приходят в негодность, потому следует иметь их запас. После сверления необходимо осторожно (чтобы не расширять отверстия) обработать края отверстий сверлом большего диаметра или зенковкой, чтобы убрать заусенцы. Наконец, обработайте поверхность с обеих сторон платы сначала обычной шкуркой, а затем нулевкой до зеркального блеска. На этом первый этап работы можно считать законченным.