Podstawy elektroniki - niezbędnik każdego modera

Płytka czy tarantula?

Postanowiłem, że skoro pisałem już o schemacie to teraz powiem jak to wszystko poskładać. Istnieją dwie podstawowe metody składania układów elektronicznych:

- na pająka - wszystkie elementy są połączone przez lutowanie bezpośrednio nóżek elementów lub, jeśli są za daleko czy też nie ma jak tego zrobić, przez kabelki. Taki sposób montażu jest dobry do prototypów i niewielkich kilku-elementowych urządzeń. Dobrze sprawdza się także, kiedy mamy jeden układ scalony z kilkoma innymi małymi elementami, które łatwo można przylutować pod spodem układu tak, że całość jest bardzo mocna i zwarta.

Układy zmontowane w pająku.

- płytka drukowana - płytka drukowana jest to kawałek tworzywa sztucznego, potocznie zwanego laminatem, pokrytego jedno lub dwustronnie cienką warstwą miedzi. Tworzywo to przypomina plastik, jest twarde, ale łatwe w obróbce a przy tym dość elastyczne, więc przydaje się nie tylko na płytki, ale i do różnych konstrukcji. Ja np. zapinkę do mojego poprzedniego bloku wodnego na procesor zrobiłem właśnie z laminatu.

Laminat.

W procesie produkcyjnym z laminatu usuwana jest część miedzi w taki sposób, że pozostała tworzy odpowiednie "ścieżki" łączące wybrane nóżki elementów. Na płytce można stosować dwojaki rodzaj montażu: przewlekany i powierzchniowy zwany SMD. Montaż powierzchniowy ma tę zaletę, że nie wymaga nawiercania otworów w laminacie a elementy lutuje się bezpośrednio po stronie ich umieszczenia. Wydaje mi się jednak, że nie ma w tej chwili problemu z wywierceniem kilku dziurek o średnicy 1 mm. Poza tym montaż przewlekany (nóżki elementów przewleka się przez dziurki w laminacie i lutuje po przeciwnej stronie) jest prostszy dla początkujących i nieco łatwiej dostać klasyczne elementy niż ich odpowiedniki SMD.

Przykład montażu przewlekanego oraz SMD.

Pewną alternatywą pomiędzy montażem w pająku, a własnoręcznym wykonywaniem obwodów drukowanych jest montaż na płytkach uniwersalnych, które można kupić w każdym sklepie elektronicznym.

Płytki uniwersalne.

Układ prototypowy zmontowany na płytce uniwersalnej.

Projektowanie obwodów drukowanych.

Proces tworzenia płytki drukowanej zaczyna się od jej zaprojektowania (NE555: ten podrozdział tylko dla tych chętnych zdobywania wiedzy - bardzo początkujący mogą go ominąć). Można ścieżki poprowadzić "na oko" ale zdecydowanie lepiej zrobi to komputer. Załączamy dowolny program do tworzenia płytek. Ja kiedyś używałem starej wersji MicroSim PCBoards z pakietu DesignLab Eval8 czyli tego, który zawiera popularnego Pspice. Teraz używam znacznie potężniejszego Protela 2004 zwanego DXP (w chwili pisania jest już wersja 2006). (NE555: dla początkujących wystarczy darmowa wersja programu Eagle, lub też leciwy, ale wciąż w pełni użyteczny Autotrax). Po załączeniu programu rysujemy schemat urządzenia, a następnie na jego podstawie projektujemy płytkę. Nie polecam automatycznego prowadzenia ścieżek gdyż pomimo iż jest to bardzo potężne narzędzie jego poprawne skonfigurowanie jest nie lada wyzwaniem. Wierzcie mi: automatycznie wygenerowana plątanina ścieżek przyprawia o ból głowy (NE555: ja korzystam tylko z automatów :P).

Podstawową jednostką długości na płytkach drukowanych jest 1 mils (0.01 cala). Oczywiście można przestawić program na system metryczny i używać milimetrów jednak na całym świecie poszczególne odległości w elementach elektronicznych są zaokrąglane do milsów więc po co babrać się w jakichś nietypowych wymiarach metrycznych. Np. odległość pomiędzy jedną a drugą nóżką układu scalonego w popularnej obudowie DIL wynosi 100 milsów, a pomiędzy jednym a drugim rzędem nóżek 300 milsów. Przykładowe odległości między nóżkami różnych elementów podaje zestawienie:

• Opornik - na płasko 250-500 milsów
• Opornik - na stojąco 100 milsów
• Kondensator elektrolityczny 70-600 milsów
• Kondensator stały 70-800 milsów
• Dioda LED 50-200 milsów
• Dioda krzemowa 200-400 milsów

Dobrym sposobem przy określaniu różnych odległości jest porównanie sprawdzanego elementu z podstawką pod układ scalony, w której odległości miedzy nóżkami oczywiście wynoszą 100 milsów.
Warto stworzyć własne biblioteki z elementami o zaniżonych wymiarach w stosunku do bibliotek zawartych w programie. Pozwoli to na większe upakowanie płytki, a wcale nie będzie przeszkadzało w montażu. No o ile nie przesadzimy z zaniżaniem ;-) Kiedy mamy zaznaczone wszystkie elementy łączymy je ścieżkami zgodnie ze schematem. Poniżej kilka screenshotów z Protel-a DXP.

Od schematu do projektu płytki - kolejne etapy projektowania układu.