Шаг 5
Мастерская радиолюбителя
Из истории открытия электромагнитных волн видно, что для экспериментального подтверждения их существования недостаточно было таланта и усидчивости исследователя, понадобилось еще умение мастерить, слесарные навыки и другое. Так, Генрих Герц в школьные годы увлекался столярным и токарным ремеслом. Он даже ходил в воскресную ремесленную школу. Когда через некоторое время Г. Герц стал известным ученым, то его старый учитель, узнав об этом, сказал: «Жаль! Из него вышел бы прекрасный токарь». Для того, чтобы повторить исследования Г. Герца, сделать антенну, сконструировать хороший приемник, нужно не только знать принципы их работы, но и иметь навыки изготовления соответствующих плат, выполнения монтажа, и уметь сделать красивый корпус.
5.1. Приборы и инструменты
Радиолюбитель, который собирает разные радиоэлектронные устройства, выполняет различного рода работы. Из общего объема работ большая часть составляют электромонтажные работы, далее идут механические и только потом наладка аппаратуры. Для монтажных работ используют паяльники разной мощности (рис. 5.1), отвертки, круглогубцы, бокорезы, нож, пинцет и ножницы (рис. 5.2).
Рис. 5.1. Типы паяльников для различных радиотехнических работ:
а — 90 Вт для пайки крупногабаритных деталей и проводов большого сечения;
б — 45…50 Вт…. для монтажа ламповой и телеаппаратуры;
в — 30…40 Вт….для пайки малогабаритной аппаратуры и конструкций на печатных платах
Рис. 5.2. Инструмент, используемый при пайке радиоэлектронных устройств: кусачки, пинцет, круглогубцы
Мощность электрического паяльника для монтажа малогабаритных электронных и радиотехнических устройств составляет 30…40 Вт. Лучше, если имеется в комплекте низковольтный паяльник, который питается от сети через понижающий разделительный трансформатор с заземленной вторичной обмоткой. Такой паяльник не только уменьшает опасность перегрева полупроводникового прибора или печатной платы, но и еще обезопасит от попадания на его корпус напряжения сети. При монтаже радио и телеаппаратуры на лампах пользуются паяльником мощностью 45…50 Вт. Для пайки крупногабаритных деталей и проводов большого диаметра используют паяльник мощностью 90 Вт.
Для настройки контуров следует пользоваться отверткой из изоляционного материала, а также специальной индикаторной палочкой, которая имеет на одном конце феррит, а на другом кусочек латуни или меди. В комплекте инструментов обязательно должны быть плоскогубцы, которые используют для изгиба провода и выводов деталей при подготовке их к монтажу во время монтажа или в других случаях. При монтаже транзисторных устройств необходимо пользоваться пинцетом, чтобы не было перегрева деталей. Имея дело с электрическим током, необходимо всегда помнить об опасности поражения током, поэтому на металлические ручки инструментов, которые используются для электромонтажных работ, необходимо надеть изоляционные трубочки.
Для механических работ радиолюбитель должен иметь тиски, различные напильники, слесарную ножовку, молоток, сверла, плашки, метчики, а также линейку и транспортир. После окончания работ напильники обязательно необходимо почистить. Их нельзя бросать и класть один на другой. Для того, чтобы продлить срок службы напильников, новые напильники рекомендуется сначала применять для опиловки только мягких металлов: меди, алюминия, а более старые — для стали и очень старые — для чугуна. Керн используют для разметки массивных металлических деталей, а также для наметки центров отверстий для сверления.
Сверление малых отверстий делают с помощью дрели и сверл разного диаметра. При нарезке резьбы метчик вставляют в четырехгранное отверстие воротка. Направлять метчик необходимо вертикально. Для того, чтобы стружка была короткой и легко отделялась, сначала делают один оборот по ходу резьбы, а потом пол оборота назад, потом снова один оборот по ходу и т. д. В некоторых случаях при нарезке резьбы в мягких металлах и пластмассах можно использовать стальной болт с необходимым размером резьбы. Конец болта на расстоянии 2…3 мм необходимо спилить на конус и трехгранным напильником пропилить 3…4 режущие кромки по длине болта.
В мастерской радиолюбителя необходимо иметь самый простой измерительный прибор — авометр (ампервольтомметр), без которого наладить аппаратуру и проверить режим работы практически невозможно. Желательно также иметь и более сложные приборы — осциллограф, звуковой генератор, генератор высокой частоты, ламповый вольтметр и т. д. В крайнем случае для проверки работы электрических цепей можно использовать простые приборы-индикаторы. С помощью пробников проверяют прохождение тока в электрических цепях, обрыв в обмотках и замыкания в конденсаторе.
В настоящее время, помимо традиционных магнитоэлектрических приборов, в лабораториях радиолюбителей заняли свое постоянное место и цифровые мультиметры. Широкий ассортимент цифровых мультиметров, в зависимости от цены, позволяет каждому интересующемуся электроникой выбрать себе подходящий прибор. Для радиолюбительских целей, оптимальным соотношением цены и возможностей удовлетворяют цифровые мультиметры серии Voltcraft. Вся информация в мультиметрах выводится на дисплей. Основными функциями для мультиметра являются измерения постоянного и переменного напряжения и тока, сопротивления с одновременной проверкой цепи на короткое замыкание и частоты. Важной особенностью этих приборов является наличие автоматического выбора диапазона измерений, то есть отпадает необходимость механических переключений во время работы. В цифровых мультиметрах имеется встроенный логик-тестер, который позволяет быстро выполнить проверку логических уровней в статическом режиме, исходя из заданного напряжения питания. У некоторых типов приборов имеются простые генераторы прямоугольных импульсов на несколько фиксированных частот для тестирования различных радиоэлектронных схем. Помимо этого, некоторые модели приборов позволяют измерять емкость, индуктивность, температуру с помощью внешнего термодатчика и проверять исправность транзистора. Еще одна особенность современных универсальных приборов: практически все мультиметры могут быть подключены к персональному компьютеру через последовательный порт. Некоторые модели в дополнение к основному дисплею имеют еще дисплей для индикации вспомогательных ведичин. Даже перечисление некоторых функциональных возможностей мультиметров говорит об их универсальности и незаменимости в радиолюбительских разработках.
Столярные и покрасочные работы в практике радиолюбителя занимают относительно небольшое место. К ним относят, например, изготовление и покраску корпуса для громкоговорителя, корпуса для приемника и другое. Поэтому необходимо иметь простой столярный инструмент — пилу, рубанок, лобзик. Для покрасочных работ необходимо иметь небольшие кисточки. Для обработки дерева, пластмасс и мягких металлов используют стеклянную наждачную бумагу, а для твердых металлических сплавов — корунд, карборунд, наждак. Чем крупнее зерна абразива, тем грубее получается поверхность. Сорт шлифовальной бумаги можно определить по цвету абразивного материала: стекло — прозрачное, наждак имеет черный или темно-серый цвет, карборунд — разные оттенки зеленого цвета. Рабочий стол радиолюбителя может быть разной конструкции, в зависимости от конкретных условий и требований любителя. На рабочем столе нельзя делать тяжелые работы — рубить металл или тесать доски.
Инструмент и рабочее место необходимо содержать в чистоте. После окончания работы инструмент складывают в соответствующее место. Никогда не спешите во время работы: хороший мастер все делает быстро, но не спешит, его скорость — результат умения, опыта и знаний. Придерживайтесь правил техники безопасности, не работайте в галстуке. Засучивайте рукава рубашки, если они без манжет.
5.2. Хранение радиодеталей
Со временем в процессе занятий конструированием различных радиоэлектронных конструкций у радиолюбителя скапливается множество различных радиодеталей. При хранении деталей следует придерживаться некоторых правил их хранения. Это позволяет сохранять детали без повреждений и значительно облетает поиск нужного радиоэлектронного компонента. Для хранения мелких радиодеталей, например, резисторов типа МЛТ-0,125 можно использовать пустые коробки из-под спичек или другие небольшие емкости. Коробки склеивают в единые секции и на них надписывают название деталей. Секция обычно содержит около 60 штук коробков. На одном торце, можно на двух, подписывают номиналы хранящихся деталей (рис. 5.3.а).
Удобной для хранения является закрываемая плоская коробка из картона, разбитая на секции, размером 200x180x50 (так называемая закрытая плоская касса). В данном случае для изготовления такой кассы лучше использовать тонкую фанеру. Конструкция получается жесткой и проще сделать ячейки более герметичными (рис. 5.3.б). Порядок расположения деталей в ячейках должен быть удобным, например, 1 ряд — резисторы с номиналом десятки ом, 2 ряд — с сотнями ом и т. д. Для удобства поиска следует к стенке ячейки приклеить написанное на ватмане название детали.
Если позволяет помещение, то можно сделать из фанеры многорядную кассу, своеобразный небольшой шкаф с выдвижными ящиками, имеющими секции (рис. 5.3.в). На каждом ящике нужно сделать надписи в соответствии с хранимыми деталями и предусмотреть наличие на них ручек для выдвигания.
Хранить мелкие радиодетали можно и в обычных почтовых конвертах. Каждый конверт должен быть предназначен для хранения определенного номинала или типа радиодеталей. Конверты с деталями можно хранить в картонной коробке из-под обуви или сбить ящик из тонких дощечек (рис. 5.3.г).
Для хранения постоянных и переменных резисторов, малогабаритных электролитических конденсаторов типа К50-6 можно приспособить картонные щитки с соответствующими отверстиями (рис. 5.3.д…ж). У вырезанных заготовок щитков с двух сторон следует сделать загибы на определенную высоту. Это позволит исключить повреждение деталей при установке щитков друг на друга в коробке.
На картонных щитках, например, крышки от ящика из-под обуви, удобно хранить транзисторы типа КТ803, КТ805, П213 и т. п. (рис. 5.3.з). В изготовленных щитках делают отверстия под выводы транзисторов. Сверху транзисторы накрывают накладкой, которую закрепляют скотчем. Это предотвратит от выпадения транзисторов при их хранении в коробке. Такие щитки с деталями можно хранить и без коробки, просто поставив их друг на друга и перевязав веревкой.
Мощные диоды, тиристоры, транзисторы и другие детали, имеющие жесткие выводы, можно хранить на щитках из пенопласта, просто их воткнув. На щитках делаются надписи, отвечающие названиям хранимым деталям.
Для хранения маломощных диодов, стабилитронов, светодиодов, транзисторов типа КТ315 подходят различные прозрачные пузырьки из-под лекарств. На пузырьки наклеивают полоски бумаги с названием типов хранимых деталей (рис. 5.3.и).
Для хранения крепежа (винтов, гаек, шайб и т. д.) делается открытая или с крышкой настольная касса. Материалом для ее изготовления можно использовать луженую жесть от консервных банок (рис. 5.3.к).
Рис. 5.3. Способы хранения радиодеталей
Шаг 6
Технология изготовления радиолюбительских конструкций
Выбрав по вкусу и квалификации схему радиоэлектронного устройства, внимательно изучают схему и подбирают радиодетали. Совсем необязательно, чтобы все детали точно соответствовали указанным на схеме номиналам. Допускаемые значения величин резисторов и конденсаторов могут быть ±20 %. Например, если на схеме резистор имеет величину сопротивления 10 кОм, вместо него можно поставить в схему резисторы от 8 кОм до 12 кОм. Делать это желательно только в крайних случаях, когда нет детали нужного номинала. Подобрав радиодетали, производят компоновку деталей устройства. Процесс компоновки состоит из нескольких этапов: размещение деталей на будущей плате, расположение ручек управления и внешнее оформление приемника.
Большое внимание необходимо уделить правильному размещению радиодеталей на плате и в корпусе. Детали необходимо размещать так, чтобы они не имели между собой паразитных связей, т. е. взаимодействий магнитных и электрических полей различных элементов схемы. Часто встречается связь коллектора первого транзистора с контуром магнитной антенны, которая приводит к самовозбуждению каскада усилителя радиочастоты (УРЧ). Для исключения такой связи транзистор располагают от антенны на расстоянии 2…3 см или заключают в экран. Таким способом можно избавиться от связи, которая возникает при применении на выходе УВЧ широкополосного трансформатора или при близком расположении двух высокочастотных транзисторов типа П401…П403, П416 и т. п.
При использовании микросхем необходимо максимально разносить входные и выходные цепи. Монтаж элементов, относящихся ко входу ИС, следует проводить в непосредственной от нее близости. Микросхемы, как и транзисторы, не подлежат ремонту. В связи с этим паять микросхемы нужно быстро, не более 3 с. При многократном использовании ИС следует использовать специальные панельки. Панелька впаивается в печатную плату, а после этого в нее вставляется микросхема.
Паразитная связь может возникнуть при близком расположении магнитной антенны, динамика и выходного трансформатора. В этом случае необходимо вынести выходной трансформатор за пределы магнитного поля антенны, заземлить корпус динамика, правильно сориентировать выходной трансформатор по отношению к магнитной антенне, то есть принять во внимание конфигурацию полей деталей. Иногда возникает паразитная связь через активное сопротивление в цепях питания отдельных каскадов. Например, плохо отфильтрованные токи высокой частоты могут проникнуть через цепи питания на вход каскадов высокой частоты. В этом случае необходимо применить развязывающие фильтры. Поэтому при конструировании карманных приемников необходимо придерживаться жестких правил компоновки деталей. Возникновение паразитных связей усложняет качественное налаживание конструкции. Закончив компоновку деталей, переходят к изготовлению монтажной платы.
Для плат обычно используют листовой гетинакс или текстолит толщиной 1…2 мм. Размер платы и ее форма зависят от количества и габаритов деталей схемы. Необходимо учитывать размеры громкоговорителя, источников питания и других узлов, которые обычно не устанавливаются на плате, а крепятся непосредственно в корпусе приемника. Примеры крепления некоторых крупных радиодеталей даны на следующих рисунках: для громкоговорителя — рис. 6.1 и переменных конденсаторов — рис. 6.2.
Рис. 6.1. Крепление громкоговорителя к лицевой стенке корпуса
Рис. 6.2. Крепление на печатной плате конденсатора переменной емкости типа КПК-2 и КПЕ
На корпусе намечают места расположения основных узлов, а потом линейкой определяют размеры свободного пространства, которое остается для монтажной платы. На монтажной плате сразу необходимо отметить точки для сверления отверстий, вырезы под детали и узлы, которые будут установлены в корпусе радиоэлектронного устройства. Один из вариантов крепления магнитной антенны на плоском ферритовом стержне к плате дан на рис. 6.3.
Рис. 6.3. Крепление магнитной антенны
В радиолюбительских конструкциях часто используются малогабаритные низкочастотные трансформаторы промышленного производства. В большинстве случаев такие трансформаторы рассчитаны на крепление к печатной плате с помощью пайки их выводов непосредственно к контактным дорожкам печатной платы. При необходимости демонтажа таких трансформаторов приходится нагревать паяльником одновременно пять мест пайки выводов к печатной плате. В результате нагрева крепление выводов в полистироловом каркасе ослабевает. В случае неосторожного движения при демонтаже трансформатора могут быть оборваны выводы его обмоток, что приведет к необходимости перемотки трансформатора. Чтобы этого не случилось, крепить трансформаторы лучше согласно способу, показанному на рис. 6.4.
Рис. 6.4. Один из способов крепления малогабаритного трансформатора низкой частоты к печатной плате
Для этого трансформатор приклеивают к плате подходящим клеем, а его выводы соединяют с печатными проводниками с помощью Г-образных луженных медных проводников диаметром 0,6…0,8 мм. Теперь, если возникнет проблема демонтажа трансформатора, достаточно перекусить соединительные проводники кусачками и отделить ножом трансформатор от платы.
После установления размеров и формы платы выбирают приемлемый вид монтажа соединений выводов деталей, исходя из сложности схемы и наличия необходимых материалов для его осуществления. Электрический монтаж — это ответственный этап конструирования радиоэлектронной аппаратуры. Существует два основных вида электрического монтажа: проволочный и печатный. При проволочном монтаже крупные радиодетали (конденсаторы переменной емкости, электролитические конденсаторы и т. п.) устанавливают непосредственно на шасси, мелкие же детали крепят непосредственно к контактным опорам, установленным на плате из диэлектрического материала. Все схемные соединения делают монтажным проводом. Площадь сечения монтажного провода выбирают в зависимости от величины силы тока протекающего в цепи (рис. 6.5).
Рис. 6.5. График зависимости площади сечения S монтажного провода от силы тока I
Не менее важно выделять монтажные провода не только по сечению, но и по цвету их изоляционного покрытия. Это в большинстве случаев дает ощутимую пользу при настройке и ремонте радиоэлектронного устройства. В табл. 6.1 приведены основные цвета изоляции проводов соответствующие определенным монтажным электрическим цепям.
При этом используют разнообразные монтажные элементы: контактные стойки, многоконтактные гребенки, колодки для монтажа резисторов и конденсаторов (рис. 6.6). Этот вид монтажа до середины 50-х годов был практически основным в промышленности и радиолюбительской практике, пока его не потеснил печатный монтаж. Радиолюбители проволочным монтажом пользуются и сейчас для сборки несложных конструкций.
Рис. 6.6. Монтажные элементы, используемые при монтаже радиоэлектронной аппаратуры
Монтажные стойки и гребенки можно сделать самому. Для их изготовления берется медная проволока диаметром 1… 1,5 мм или полоски белой жести, которые закрепляют на пластинах из гетинакса, текстолита, иногда на фанере, пропитанной бакелитовым лаком. Возможная конструкция самодельного монтажного элемента, гребенки, приведена на рис. 6.7.
Рис. 6.7. Конструкция самодельной монтажной гребенки
При монтаже радиодетали припаивают выводами к лепесткам гребенок или шпилькам стоек. Монтажные гребенки и стойки крепятся к плате или корпусу винтами. Довольно часто эти два вида монтажа комбинируют.
Шаг 7
Изготовление печатной платы
7.1. Создание печатного рисунка
В настоящее время в радиоэлектронике наибольшее распространение имеет печатный монтаж. Этот вид монтажа позволил существенно снизить габариты аппаратуры и повысить ее надежность. При печатном монтаже соединение между деталями осуществляется с помощью плоских проводников, нанесенных («напечатанных») на плату. Эти проводники или дорожки сделаны из тонкой медной фольги, которая прикреплена к листу гетинакса или стеклотекстолита. С этой целью берут определенного размера листовой гетинакс или стеклотекстолит с приклеенной фольгой и наносят на него лаком или краской рисунок электрических соединений деталей будущей радиоэлектронной конструкции. После высыхания краски плату опускают в специальный раствор для травления. Места, не покрытые краской, вытравливаются, остается только рисунок электрических соединений. После этого краску смывают растворителем или соскабливают ножом. Выводы радиодеталей пропускают через отверстия в плате со стороны противоположной медным дорожкам и припаивают к печатным проводникам.
Печатная плата изготовляется следующим образом. В начале делают аппликации, которые представляют собой контурные изображения радиодеталей, вырезанные из плотной бумаги. Начертив на листе бумаги контур платы в масштабе 1:1, раскладывают на ней аппликации, добиваясь наиболее оптимального их расположения и отсутствия пересечения соединительных проводников. Разложив аппликации, проводят карандашом печатные проводники между выводами деталей и местами соединения с внешними устройствами согласно электрической схеме. При этом нельзя допускать, чтобы будущие печатные дорожки пересекались. Если этого избежать нельзя, то тогда соединение нужно предусмотреть с противоположной стороны платы, где располагаются корпуса деталей. В месте пересечения необходимо разорвать проводник и сделать две контактные дорожки, которые потом соединяют проводником. В случае односторонней фольгированной платы, проводник делают жестким проводом, а при двухсторонней — вытравливают на противоположной стороне.
При компоновке радиодеталей на печатной плате их располагают обычно параллельно поверхности платы. С целью увеличения плотности монтажа детали можно устанавливать вертикально, при этом следует иметь в виду, что у деталей должны быть достаточно жесткие выводы. Корпуса навесных деталей должны располагаться параллельно или перпендикулярно друг к другу и краям платы. Расстояние между корпусом детали и краем платы должно быть не менее 1 мм, а между выводом детали и краем платы — не менее 2 мм. Монтаж радиокомпонентов на печатной плате показан на рис. 7.1.
Рис. 7.1. Монтаж радиокомпонентов на печатной плате:
а) транзисторы; б) конденсаторы; в) резисторы; г) переменные резисторы; д) диоды
Детали должны располагаться друг от друга на расстоянии не менее 0,5 мм, с учетом взаимного влияния и теплового режима. Расстояние между выводами деталей выбирается из условия электрической прочности изолирующих промежутков и разности потенциалов между выводами.
Ширина печатных проводников обычно выбирается не менее 1,5…2 мм, а расстояние между соседними проводниками не менее 1 мм. Контактные площадки, к которым припаиваются детали, делают более широкими — 3…4 мм. На таком участке фольги допускается припаивание одного навесного элемента. Печатные дорожки питания делают шире, нежели остальные проводники.
Крупные радиодетали (подстроечные конденсаторы и резисторы, трансформаторы и т. п.) крепятся к плате механически, с использованием винтов с гайками, скоб, хомутов и держателей. Для подстроечных элементов необходимо предусмотреть свободный к ним доступ при регулировке радиоэлектронного устройства.
После выполнения чертежа печатной платы его переносят любым методом, например, с помощью копировальной бумаги на поверхность пластины, покрытой медной фольгой. Далее накернивают места будущих мест пайки выводов деталей и сверлят отверстия диаметром 0,8…1,5 мм. После берут краску (можно взять нитрокраску, лак или клей БФ-6, подкрашенный небольшим количеством темной пасты от шариковой ручки) и наносят с помощью стеклянного рейсфедера рисунок печатных проводников на фольгу. При отсутствии готового рейсфедера его можно изготовить из пластмассового стержня шариковой ручки. Для этого нагревают конец стержня и когда он размягчится оттягивают пинцетом таким образом, чтобы получился конусообразный конец. Излишек трубки, где диаметр 1…1,5 мм, необходимо отрезать. Удобно выполнять рисунок печатной платы водостойкими чернилами типа «Кальмар» с помощью обычной ученической ручки с пером.
После высыхания краски плату помещают для травления в фотокювету или другую плоскую емкость с раствором хлорного железа плотностью 1,3 г/см2 (150 г хлорного железа на 200 см2 раствора). Время травления платы обычно составляет 1…2 часа. Скорость травления увеличивается, если емкость периодически покачивать или подогревать, если кювета металлическая, а краска — теплостойкая. Процесс травления необходимо постоянно контролировать, вынимая плату из раствора, чтобы не произошло подтравливания проводников под краской. Как только будут вытравлены все незащищенные участки фольги, плату необходимо вынуть из раствора, хорошо промыть в проточной воде и высушить. Удаляют покрытие ножом или соответствующим растворителем. Промывают спиртом или ацетоном и зачищают наждачной бумагой.
При отсутствии раствора хлорного железа для травления печатной платы можно воспользоваться раствором из поваренной соли и медного купороса или вырезать ее специальной формы резаком. В настоящее время широкое применение имеет раствор, состоящий из обычной поваренной соли и медного купороса. Качество травления печатных плат в нем получается не хуже, чем в растворе хлорного железа. Существует несколько вариантов такого раствора. Все они отличаются только соотношениями взятых компонентов медного купороса и поваренной соли для получения травильного раствора. Приведем два состава раствора из таких рецептов. В 300 г горячей воды при 70…80 °C растворяют 3…4 ложки поваренной соли, а затем добавляют 2 столовые ложки порошкообразного медного купороса. Получается раствор темно-зеленого цвета с осадком. Он сразу готов к употреблению. Раствор получается более эффективным, если его выдержать в течение 2…3 недель. Время травления уменьшается с 15…20 часов до 3…4 часов. Этим количеством раствора можно вытравить 100…200 см2 фольги. В другом варианте, в 200 г горячей воды растворяют, помешивая, три столовые ложки поваренной соли, а после одну столовую ложку медного купороса. После полного растворения веществ раствор готов к употреблению. При подогревании раствора травление длится около 30 мин.
Иногда оказывается удобнее и быстрее изготовить печатную плату, не прибегая к химическому вытравливанию рисунка проводников, а воспользовавшись методом вырезания проводников. Сделав рисунок печатной платы на бумаге, накладывают его на поверхность фольги платы и накернивают места будущих отверстий. Карандашом проводят линии, соединяющие отверстия пайки деталей согласно печатной плате. Получается рисунок печатной платы в виде тонких линий. Рисунок платы получают путем вырезания ненужных участков платы любым удобным методом. Это можно сделать специальным резцом, а также фрезерованием, вырубыванием резцом и т. п. При вырезании рисунка платы обычно используется резец, изготовленный из ножовочного полотна (рис. 7.2).
Рис. 7.2. Резак для вырезания рисунка печатной платы
Если удаляемые участки фольги имеют большую площадь, то ее соскабливают или отслаивают резцом от основания, а потом отдирают пинцетом. Прорезку слоя фольги осуществляют резаком до изоляционного материала и делают это в промежутках, желательно на равном расстоянии от проведенных линий печатной платы.
Прорезанные участки обычно формируют таким образом, чтобы они были составлены в основном из отрезков прямых линий, но могут быть и закругленными. В этом случае удобно пользоваться прозрачной линейкой. После окончания прорезки сверлят отверстия в заранее накерненных местах будущей пайки и зачищают поверхность полученных печатных проводников мелкозернистой шкуркой.
Полученную любым методом печатную плату покрывают тонким слоем спирто-канифольного флюса и залуживают контактные площадки.
Для лужения желательно использовать легкоплавкие припои (ПОС-61, ПОСВ-32 и т. п.). При этом нельзя допускать перегрева залуживаемых участков фольги. Готовую плату внимательно осматривают, устраняют различного рода дефекты, возможные разрывы дорожек, замыкание соседних дорожек и т. п.
7.2. Подготовка паяльника к монтажным работам
Перед началом монтажа радиоустройства необходимо тщательно подготовить паяльник. Обычно это делают с помощью напильника или точила, но опыт показывает, что лучше произвести его отковку. Получающийся на поверхности наклеп позволяет дольше сохранить форму жала, т. к. меньше выгорает металл, из которого оно сделано. После необходимо залудить рабочую часть жала (рис. 7.3).
Рис. 7.3. Залуживание жала паяльника
Нагрев паяльник, опускают рабочую часть жала в канифоль для предохранения поверхности меди от окисления. Как только жало нагреется до температуры плавления припоя, конец жала полностью покрывают припоем.
Для распайки деталей на печатных платах, как правило, пользуются паяльником мощностью не более 40 Вт и припоями с температурой плавления 130…180 °C. Радиолюбительская практика показывает, что если производить распайку печатных плат паяльником мощностью 40 Вт и рассчитанным на 220 В, то лучше его питать напряжением 160…180 В.
В этом случае, при использовании обычных припоев (типа ПОС-61), жало паяльника меньше покрывается окалиной, не так быстро выгорает, температура нагрева соответствует температуре плавления припоя и, как результат, получается хорошая пайка.
Установку оптимальной температуры жала для получения высокого качества пайки деталей к дорожкам печатной платы проще обеспечить, если воспользоваться регулятором мощности паяльника (рис. 7.4).
Рис. 7.4. Принципиальная схема регулятора мощности паяльника мощностью до 40 Вт
Регулятор хорошо работает с паяльником мощностью до 40 Вт. Требуемая температура жала устанавливается положением движка переменного резистора R4, чем он находится ближе к левому по схеме концу резистора, тем температура жала больше. При использовании паяльников мощностью больше 40Вт, в регуляторе следует установить большие по мощности тринистор VD1 и диод VD2, чем указаны на схеме.
7.3. Проверка годности радиоэлектронных компонентов перед установкой на плате
Проверка годности радиоэлектронных компонентов перед установкой их на плате позволяет сократить время настройки устройства и составляет важный этап в ее создании. Рассмотрим наиболее простые методы проверки годности.
Проверка годности резисторов
Проверку производят с помощью омметра. Измеряют сопротивление резистора и сравнивают его со значением, написанным на корпусе. Переменные резисторы проверяют на надежность подвижного контакта. Для этого прибор подключают к подвижному и одному из неподвижных контактов и наблюдают за движением стрелки по шкале омметра при вращении оси. У исправного резистора стрелка движется без скачков при плавном перемещении движка резистора. При проведении измерений нельзя касаться руками щупов омметра и выводов проверяемого резистора.
На слух можно проверить наличие контакта в резисторах сопротивлением до 100 кОм при помощи простейшего пробника, наушника и батарейки. Взяв несколько эталонных резисторов на 100 Ом, 1 кОм, 10 кОм и 100 кОм, сравнивают силу щелчков у эталонного и проверяемого. В этом случае можно также и определить порядок величины сопротивления. При измерениях надо все время водить щупом пробника по выводу резистора, так как щелчки возникают только в момент включения наушников в цепь батареи.
Проверка годности конденсаторов
О пригодности конденсаторов судят в первую очередь по отсутствию пробоя в диэлектрике и допустимому значению тока утечки.
Проверка конденсатора может быть произведена омметром. Для этого переключатель омметра ставят в положение измерения самого большого сопротивления и к выводам проверяемого конденсатора прикасаются щупами прибора. При этом нельзя дотрагиваться руками к щупам и выводам конденсатора. У пробитого конденсатора, как правило, сопротивление равно нулю или близкое к нулю. У конденсаторов, имеющих емкость больше 10 мкФ, при присоединении щупов происходит бросок стрелки в сторону от нуля и тем больше, чем больше емкость. После отклонения стрелка постепенно возвращается в сторону нуля. Присоединение щупов к электролитическому конденсатору производят исходя из полярности: плюс омметра к плюсу конденсатора. У годных электролитических конденсаторов величина сопротивления должна быть не менее десятых долей мегома. При проверке конденсаторов малой емкости броска стрелки не происходит.
При отсутствии омметра проверить конденсатор можно с помощью простого пробника. Пробник состоит их наушников, типа ТОН-2 и батарейки типа А332 или 336. Если конденсатор пробит, то при подключении и отключении конденсатора, в наушниках слышен щелчок.
Ток утечки конденсатора связан с качеством его диэлектрика. Конденсатор с качественным диэлектриком имеет большее сопротивление и дольше удерживает заряды на своих обкладках. Если конденсатор подключить к пробнику несколько раз с интервалом 2…3 с, то у годного конденсатора щелчок в наушниках будет слышен только в первый момент, а в последующие — отсутствовать. Это говорит о том, что ток утечки находится в допустимых пределах.
Конденсаторы переменной емкости проверяют на вероятность замыкания пластин, подвижных с неподвижными. С этой целью вращают ось конденсатора от положения минимальной емкости до максимальной. Наличие замыканий легко обнаружить омметром или пробником (наушник — батарейка), но лучше с помощью лампочки (например, на 2,5 В или 3,5 В) и батарейки. Последнее более наглядно для фиксации замыкания.
Проверка годности катушек индуктивности
Наличие обрыва или короткого замыкания у высокочастотных катушек можно обнаружить при помощи пробника или омметра. Если воспользоваться пробником, состоящим из наушника и гальванического элемента, то при его подключении к неисправной катушке в телефонах будут слышны щелчки и отсутствовать при отключении.
Аналогичная ситуация будет, если витки катушки замыкаются на сердечник. Многослойную катушку на наличие короткозамкнутого витка можно проверить так. Если катушку с короткозамкнутым витком поднести к контуру работающего приемника, то она вызовет его расстройку и резкое снижение слышимости принимаемой радиостанции. Исправная катушка такой реакции не производит. Обрывы в дросселях или трансформаторах низкой частоты обнаруживаются с помощью пробников или омметров.
Проверка годности диода
Проверить работоспособность диода можно с помощью омметра. С этой целью измеряют прямое и обратное сопротивления диода. Омметр устанавливают на предел измерения наибольшего сопротивления и, прикасаясь щупами прибора к выводам диода, фиксируют показания стрелки при различных подключениях диода. Для исправного диода в одном случае стрелка омметра отклоняется вправо почти до конца шкалы, в другом случае стрелка едва отклоняется от нуля. У неисправного диода показания омметра одинаковы при различных подключениях диода. При проведении измерений нельзя касаться руками щупов прибора и выводов диода.
Проверка годности транзисторов
Проверка годности транзисторов и измерение их параметров производят специальными приборами. Простейшую проверку годности транзистора в радиолюбительских условиях делают с помощью омметра. С этой целью измеряют прямое (база-эмиттер) и обратное (база-коллектор) сопротивления переходов. Дополнительно измеряют в обоих направлениях сопротивление между эмиттером и коллектором. Если сопротивление одного из переходов в обоих направлениях одинаково или мало по величине, то транзистор неисправен. Аналогично можно проверить транзистор с помощью простого пробника батарейка-наушник. В этом случае, если сила щелчков одинакова при прямом и обратном включении (оба сильных или оба слабых), транзистор неисправен, в нем замыкание или обрыв электродов.
Проверка с помощью омметра или пробника не дает полной информации о работоспособности транзистора, лучше это делать с помощью измерительного прибора. Необходимо произвести измерения хотя бы некоторых параметров, коэффициента передачи тока а и величины обратного тока коллектора I ко . Обычно считается, что транзистор тем лучше, чем больше коэффициент усиления и меньше ток коллектора. Если во время измерения параметров стрелка прибора «ползет», то транзистор негодный.
Проверка наушников
Простейшая проверка работоспособности наушников производится с помощью батарейки напряжением 4,5 В. При подключении и отключении батарейки в наушниках можно услышать резкие щелчки. Отсутствие щелчков говорит об обрыве в подводимом шнуре или звуковых катушках. Низкоомные наушники можно проверить слаботочным источником тока в виде яблока, с воткнутыми в него на расстоянии 10 мм друг от друга железного гвоздя и кусочка толстой медной проволоки.
В наушниках электромагнитного типа ТОН-1, постоянный магнит с течением времени теряет свою силу. Намагничивают сердечник, подключив на мгновение его к аккумулятору или электрической сети. Включение должно быть кратковременным, в противном случае катушки наушника могут перегореть. Намагничивание от сети производят следующим образом. Один конец двойного провода, идущего к вилке, отключают от одного ее штырька. В розетку осторожно, соблюдая меры безопасности, вставляют отключенный штырек и вилку с оставшимся подключенным штырьком. Затем отключенным концом провода резко ударяют по свободному штырьку, находящемуся в розетке. В результате наушники на мгновение подключаются к сети и за счет большого тока намагничивают сердечник.
У наушников ТОН-2 иногда прослушиваются искажения звука при слабой громкости. Для предотвращения этого явления между мембраной и крышкой вкладывают кольцевую прокладку сечением 2x2 мм, внешним диаметром равным диаметру мембраны. Вместо прокладки можно по внутреннему диаметру крышки проложить хлорвиниловую трубку диаметром 2 мм в виде кольца и навинтить крышку.
В наушниках ТМ-2 с течением времени начинает возникать треск и наблюдается прерывание звука. В этом случае необходимо при помощи напильника снять осторожно металлический ободок корпуса и отделить пластмассовую чашечку. Получив доступ к контактным ламелям, зачищают их до блеска. Собирают наушник в обратном порядке.
7.4. Подготовка деталей к распайке на плате
После того, как проверены все радиодетали, следует соответствующим образом подготовить их перед монтажом. Перед установкой деталей на полученную печатную плату их выводы залуживают (рис. 7.5), а затем вставляют в отверстия и подгибают к контактным площадкам.
Рис. 7.5. Залуживание выводов радиодеталей
Длина подогнутой части вывода детали должна находиться в пределах контактной площадки, остальная часть отрезается. Если выводы имеют диаметр больше 0,8 мм, то их не подгибают, а вставляют в отверстие с таким расчетом, чтобы они выступали над площадкой фольги на 0,5… 1 мм.
Деталь должна располагаться таким образом, чтобы выводы, подпаянные к фольге, не отрывали ее от платы при надавливании на корпус. Распайка деталей на печатной плате довольно кропотливая работа и поэтому, чтобы избежать смыкания припоем соседних контактных площадок, необходимо гибкой (рис. 7.6) придать определенную форму выводам в соответствии с монтажом установки на печатной плате, см. рис. 7.1.
Рис. 7.6. Пример выполнения гибки выводов диода типа Д9
7.5. Распайка радиодеталей на плате
Пайка детали на печатной плате производится прикосновением жала паяльника к контактной площадке и концу вывода детали в течении 2…3 секунд. При этом припой должен равномерно заполнить зазоры между выводами контактной площадки и закрыть монтажное отверстие. Не допускается проникновение припоя на обратную сторону платы, затекание под детали, отслаивание печатных проводников и замыкание соседних проводников. Закончив пайку, удаляют остатки флюса, проверяют качество и надежность монтажа.
Распайку радиодеталей на печатной плате производят по мере их установки или сразу установив их все и закрепив выводы подгибом.
Транзисторы впаиваются в последнюю очередь. При этом необходимо соблюдать последовательность: вначале припаивается база, потом эмиттер и в конце коллектор. Выпаиваются транзисторы из платы при замене в обратной последовательности. Последними впаиваются детали, значения величин которых возможно придется подбирать. Обычно это резисторы в цепи базы или эмиттера транзистора. Эти детали на схемах обозначают звездочкой «*».
Во время пайки накапливающийся припой периодически счищается опусканием жала в канифоль. Процесс снятия припоя довольно трудоемок, поэтому лучше набирать незначительное его количество с последующим добавлением, если окажется недостаточно.
При пайке не следует долго нагревать выводы малогабаритных резисторов и конденсаторов. Место пайки не должно находиться от корпуса детали ближе 5…8 мм. Особенно чувствительны к нагреву транзисторы и диоды. Выводы транзисторов и диодов не должны быть короче 15 мм, чтобы они не вышли из строя из-за перегрева. Кроме этого следует применять для отвода тепла пинцет или плоскогубцы, зажимая вывод детали немного выше места пайки. Паять нужно быстро и уверенно. Для получения паяных соединений используют припои — сплавы, температура плавления которых ниже, чем у соединяемых деталей. При пайке расплавляется только припой, в то время как основной металл остается твердым. Припой смачивает основной металл и диффундирует в него, основной же металл частично растворяется в припое. В результате место соединения представляет собой тонкий промежуточный слой из частиц основного металла и припоя. После остывания в месте пайки образуется достаточно прочное механическое соединение и надежный электрический контакт. В процессе пайки используются флюсы, которые растворяют и удаляют окислы и загрязнения с поверхности спаиваемых металлов. Флюсы также защищают поверхность металла и расплавленный припой от окисления, улучшают текучесть припоя и смачиваемость соединяемых поверхностей.
В радиолюбительской практике обычно используются мягкие припои на основе сплавов олова и свинца с добавками кадмия, висмута и сурьмы. Температура плавления мягких припоев не превышает 300 °C. Припои, выпускаемые промышленностью, имеют маркировку, состоящую из букв и цифр. Первая буква П обозначает припой, а последующие буквы — составляющие его компоненты (О — олово, С — свинец, К — кадмий, В — висмут). Стоящие после букв цифры показывают процент содержания олова в припое. Данные о некоторых припоях, которые могут быть использованы радиолюбителями для соединения деталей и узлов в радиоэлектронных устройствах методом пайки, приведены в табл. 7.1.
Для пайки радио конструкций используют легкоплавкие припои ПОС-61 или в крайнем случае ПОС-40. ПОС-61 обычно используют для лужения печатных плат, пайки выводов дискретных элементов, деталей из меди и медных сплавов. В качестве флюса используют твердую канифоль. Перед пайкой выводы деталей необходимо облудить, то есть покрыть слоем припоя. Делается это обычно перед пайкой конструкции.
Вывод зачищают ножом, кладут на канифоль и смачивают жидкой канифолью. Потом большую часть вывода (не ближе 10 мм от корпуса) опускают в расплавленный кусочек припоя и, поворачивая деталь, облуживают вывод. Алогично облуживают монтажные провода.
Пайка печатных плат и радиодеталей, как правило, производится с использованием пассивных бескислотных флюсов. Некоторые характеристики флюсов, используемых при монтаже радиоэлектронной аппаратуры, приведены в табл. 7.2.
При использовании припоев пайка получается более надежной и аккуратной. Использование кислотных флюсов нежелательно. В их состав входят химически активные элементы и соединения (соляная кислота, хлористый цинк, бура и т. д.), которые всегда остаются в небольшом количестве на месте пайки и вызывают коррозию радиодеталей и соединительных проводников. К бескислотным флюсам относится канифоль. Часто радиолюбителями применяются жидкие флюсы: спиртовой раствор канифоли (25 % канифоли и 75 % этилового спирта), глицериново-канифольный флюс (6 % канифоли, 16 % глицерина и 78 % этилового спирта), а также пастообразную смесь канифоли с глицерином. Предпочтительнее использовать светлые сорта канифоли. Не рекомендуется пользоваться канифолью, продающейся в музыкальных магазинах для натирания смычков. Эта канифоль содержит различного рода добавки, в частности известь, и не соответствует требованиям пайки. Жидкие флюсы удобны при пайке в труднодоступных местах, на которые флюс наносят кисточкой. Для пайки легкоплавкими припоями в качестве флюса можно использовать стеарин.
Жидкий флюс необходимо хранить в небольшой стеклянной баночке с крышкой, в которую плотно вставлена кисточка. Баночка открывается только в процессе работы при нанесении флюса на место пайки с помощью кисточки.
В процессе эксплуатации паяльника конец жала растворяется в припое и укорачивается, изменяет форму. В связи с этим его необходимо периодически зачищать напильником.
При пайке НЕОБХОДИМО ПОМНИТЬ, что выделяются вредные для здоровья пары олова и свинца. НЕЛЬЗЯ наклоняться над местом пайки и вдыхать испарения. Старайтесь работать у открытого окна, если это возможно. Чаще проветривайте помещение, в котором работаете.
После окончания радиомонтажных работ производят очистку монтажной платы от остатков флюса и припоя. Механическую прочность соединений проверяют пинцетом, осторожно и легонько потягивая выводы радиодеталей и соединений. При этом на губки пинцета следует надеть полихлорвиниловые трубочки, чтобы не повредить детали.
Проведя осмотр и проверку монтажа, места качественных соединений пайкой для защиты от атмосферных воздействий покрывают цветным прозрачным лаком. Гайки болтов и выходящую часть винтов покрывают красной нитрокраской, которая будет предохранять резьбовые соединения от саморазвинчивания. После окончания радиомонтажных работ обязательно вымойте руки.
Шаг 8
Измерения в практике радиолюбителя
8.1. Установка режимов работы транзисторов
Для хорошей работы устройства, собранного на транзисторах, необходимо чтобы на их электроды было подано определенной величины и полярности постоянное напряжение. Примерные значения напряжений подаваемых на коллектор, базу и эмиттер для транзисторов прямой проводимости (р-n-р) приведен на рис. 8.1, а обратной (n-р-n) проводимости — на рис. 8.2.
Рис. 8.1. Примерные значения напряжений, подаваемых на коллектор, базу и эмиттер для транзисторов прямой проводимости р-n-р
Рис. 8.2. Примерные значения напряжений, подаваемых на коллектор, базу и эмиттер для транзисторов обратной проводимости n-р-n
При этом надо также придерживаться нескольких правил:
• Рабочие напряжения, токи и мощности рассеивания применяемых транзисторов должны быть меньше предельных значений.
• Нельзя подавать напряжение на транзистор, если у него отключена база.
• Базовый вывод следует подключать в схему в первую очередь и отключать в последнюю.
В современных конструкциях радиолюбителей широко используются полевые транзисторы. Примерные значения величин напряжений смещения для полевых транзисторов с каналом типа р и с каналом типа n даны на рис. 8.3.
Рис. 8.3. Примерные значения величин напряжений смещения для полевых транзисторов с каналом типа р и с каналом типа n
При налаживании радиоприемников и других радиоэлектронных конструкций в первую очередь нужно замерить потребляемый ток в режиме покоя. Если его значение близко к требуемому, то тогда переходят к установлению необходимых токов коллекторов транзисторов. На схемах место установки тока показывают крестиком («х»), а резистор, которым это делают — звездочкой («*»). Опыт показывает, что для транзисторов безопаснее измерять напряжение, а не ток. В большинстве схем эти величины взаимосвязаны. Достаточно знать одну из величин, а другую можно определить расчетным путем.
Настройку устройства производят по каскадам. В каскадах транзисторных устройств в основном используется три основных способа подачи напряжения смещения к базе транзистора.
Рассмотрим работу транзисторного каскада с резисторной нагрузкой без стабилизации режима (рис. 8.4).
Рис. 8.4. Принципиальная схема транзисторного каскада с резисторной нагрузкой без стабилизации режима
При отсутствии входного сигнала начальные напряжения на электродах транзисторов следующие
U кэ = U п - I к R к и U бэ = U п — I б R б .
В приведенных формулах напряжения смещения U бэ для германиевых и кремниевых транзисторов должны иметь значения в соответствии с рис. 8.1, 8.2. Из этих выражений видно, что от величины сопротивления резистора R б зависит величина напряжения смещения U бэ , а следовательно, и начальное положение рабочей точки на характеристике транзистора. На хорошую работу такого каскада большое влияние имеет точность, с какой для данного транзистора, имеющего коэффициент усиления по току β, подобраны сопротивления резисторов R б и R к . Работу каскада при этом можно проконтролировать по напряжению на резисторе R к или по напряжению между коллектором и эмиттером транзистора. Зная U п и β, можно вычислить величину управляющего тока коллектора транзистора по формуле
I к = βU п (B)/R б (кОм), мА
Если величина сопротивления резистора R к = 500…600 Ом, то напряжение на нем удобнее определить, как разницу между питающим напряжением и напряжением коллектор — эмиттер. Для маломощных низкочастотных и высокочастотных транзисторов напряжение коллектор-эмиттер принимают 2…2,5 В, а ток коллектора — 0,5 мА. Транзисторы МП39…МП41 имеют максимальное усиление по току, когда ток коллектора 1…2 мА. У транзисторов П401…П403, П416 и т. п. усиление растет с ростом тока коллектора до 5…8 мА. От напряжения на коллекторе усиление по току существенно не зависит, при его повышении улучшается устойчивость высокочастотных каскадов. При замене в рассматриваемом каскаде транзистора с одним значение β на транзистор с отличным значением β, приходится снова подбирать значения R б и R к . На усиление транзистора с такой простой схемой смешения оказывает влияние помимо разброса параметров транзисторов еще и изменение температуры окружающей среды.
Более стабилен в работе каскад, имеющий термостабилизацию по схеме, представленной на рис. 8.5.
Рис. 8.5. Принципиальная схема транзисторного каскада с резисторной нагрузкой с термостабилизацией режима
В этом случае к напряжению, измеренному между коллектором и плюсом питания, добавляется напряжение на резисторе R э , которое составляет приблизительно 1 В. Если считать, что напряжение между коллектором и эмиттером может быть снижено до 1,5 В, так как каскад стабилизирован, то общее напряжение между коллектором и «землей», как и первом случае, должно быть не менее 2,5 В. Указанные режимы являются ориентировочными, средними в случае работоспособных транзисторов. В каскадах, где режимы отличаются от рекомендованных на 20…30 %, подстраивание их режимов на первой стадии налаживания можно не проводить. Установку режима работы транзистора можно производить резистором R б1 , который соединен с базой транзистора. Для увеличения тока коллектора необходимо сопротивление резистора R б1 уменьшить, а для уменьшения, наоборот, увеличить. Для удобства настройки каскада резистор R б1 составляют из двух резисторов: одного переменного и одного постоянного с сопротивлением 10…30 кОм. Изменяя сопротивление переменного резистора, добиваются необходимого тока коллектора. Омметром измеряют получившееся сопротивление двух резисторов и затем вместо них впаивают один резистор, величина сопротивления которого равна измеренному значению двух сопротивлений.
Ток коллектора в схеме со стабилизацией можно оценить, измерив напряжение на резисторе R э . Если разделить величину падения напряжения (в вольтах) на величину R э (в килоомах), то получим ток эмиттера в миллиамперах. Ток коллектора меньше тока эмиттера на величину базового тока, а последний не превышает 5 % I э . Поэтому можно считать, что I э = I б . В каскадах с индуктивной нагрузкой без стабилизации режима работы напряжение на коллекторе равняется напряжению источника питания и здесь необходим контроль тока коллектора (рис. 8.6). Регулировку такого каскада также производят подбором величины сопротивления резистора R б .
Рис. 8.6. Принципиальная схема каскада с индуктивной нагрузкой без стабилизации режима работы
Включение в цепи n-р-n и р-n-р транзисторов отличается только полярностью напряжения на коллекторе и смещением. Кремниевые и германиевые транзисторы одной и той же структуры отличаются между собой только значением напряжения смещения. У кремниевых оно приблизительно на 0,45 В больше, чем у германиевых. На рис. 8.1 и 8.2 показаны условные графические обозначения биполярных транзисторов той и другой структур, произведенных на основе германия и кремния, а также типовое напряжение смешения. Электроды транзисторов, обозначенных первыми буквами слов, расшифровываются: Э — эмиттер, Б — база, К — коллектор. Напряжения смещения показаны относительно эмиттера, но на практике напряжение на электродах транзисторов показывают относительно общего провода устройства.
В радиоэлектронных устройствах радиолюбители используют также полевые транзисторы, в которых управление током между двумя электродами, образованными направленным движением носителей заряда дырок или электронов, производится электрическим полем, образованным напряжением на электроде. Электроды, между которыми протекает регулируемый ток, носят название исток (И) и сток (С), причем исток есть тот электрод, с которого выходят носители зарядов. Третий, управляющий электрод, называют затвором (3) (см. рис. 8.3).
Существуют полевые транзисторы с изолированным затвором. Эти транзисторы имеют очень большое входное сопротивление и работают на очень больших частотах. Транзисторы этого типа имеют очень низкую электрическую прочность изолированного затвора. Для его пробоя и выхода из строя достаточно слабого статического электричества, которое всегда присутствует на теле человека, одежде и инструменте. В связи с этим выводы полевых транзисторов с изолированным затвором при хранении нужно скручивать вместе голым проводом.
При монтаже транзисторов руки и инструмент необходимо «заземлять». Преимущество полевых транзисторов по сравнению с биполярными состоит в том, что они имеют высокое входное сопротивление.
Это сопротивление на низкой частоте достигает несколько мегаом, а на средних и высоких частотах — несколько десятков или сотен килоом в зависимости от серии. Для сравнения, биполярные транзисторы имеют входное сопротивление приблизительно до 1…2 кОм.
8.2. Измерение емкости конденсатора
При настройке радиоприемников, генераторов и других устройств часто требуется подобрать и замерить емкость конденсатора. Для измерения конденсаторов небольших емкостей можно приспособить любой имеющийся радиоприемник. Для этого необходимо имеющуюся в радиоприемнике шкалу отградуировать в пикофарадах, в зависимости от угла поворота подвижных пластин переменного конденсатора. В начале градуировки следует обратить внимание на форму подвижных пластин конденсатора. Переменные конденсаторы отличаются формой подвижных пластин, которая определяет закон изменения емкости, в зависимости от угла поворота подвижных пластин относительно неподвижных. На рис. 8.7 приведены широкораспространенные формы пластин, где на рис. 8.7.а — прямоемкостная, на рис. 8.7.б — прямоволновая, на рис. 8.7.в — прямочастотная.
Рис. 8.7. Форма пластин конденсаторов переменной емкости:
а) прямоемкостная; б) прямоволновая; в) прямочастотная
В прямоемкостном конденсаторе емкость изменяется пропорционально углу вращения φ:
C(φ) = C мин + (С макс — С мин )·(φ/180°)
где φ — угол поворота в градусах, С мин — минимальная емкость, С макс — максимальная емкость.
Прямоволновой конденсатор во время вращения пластин дает равномерное изменение длины волны контура, в котором он находится,
C(φ) = [√C мин + (√С макс — √C мин )·(φ/180°)]
Иногда этот конденсатор называют квадратичным. Прямочастотный конденсатор позволяет изменять частоту контура пропорционально углу поворота, то есть получается шкала с равномерной частотой,
C(φ) = [С-1/2макс + (С-1/2мин - С-1/2макс )·(φ/180°)]-2
После определения закона изменения емкости конденсатора производится настройка на любую радиостанцию и фиксируется значение емкости переменного конденсатора С и . Неизвестный конденсатор С х подключают параллельно отградуированному переменному конденсатору радиоприемника. Емкость контура при таком присоединении возрастает на величину емкости неизвестного конденсатора С х . Теперь чтобы услышать ту радиостанцию, что принималась ранее, необходимо уменьшить емкость отградуированного конденсатора настройки до получения емкости С н , при которой будет прежняя слышимость. Тогда емкость неизвестного конденсатора будет равна разности емкостей отградуированного конденсатора настройки до подключения и после п включения конденсатора С х ,
С х = С и — С н
Этим способом можно измерять конденсаторы, емкость которых меньше максимальной емкости конденсатора настройки радиоприемника. При измерении емкостей от нескольких пикофарад до нескольких микрофарад предпочтительнее использовать мостовые схемы. Мостовые схемы измерения емкостей дают возможность проводить измерения с большей точностью, нежели с помощью резонансных. На рис. 8.8 приведена схема измерительного моста емкости конденсатора, состоящего из четырех конденсаторов.
Рис. 8.8. Подключение измерительного моста емкости конденсатора к звуковому генератору на микросхеме (частота генератора 1000 Гц)
Значения величин емкостей трех конденсаторов считаются известными, они задаются. Четвертый конденсатор является неизвестным, измеряемым. К гнездам разъема ХР1 подключается источник переменного тока низкой частоты (например, звуковой генератор или трансляционная сеть). Если теперь мост сбалансировать с помощью переменного конденсатора С1, то в наушниках слышимость звукового сигнала упадет либо до минимума, либо вообще исчезнет. Такой измерительный мост имеет наибольшую чувствительность при равенстве емкостей конденсаторов, находящихся в плечах. Важно, чтобы сохранялось условие
X c1 /Xc2 = X cx /X c3
где X c1 , X c2 , X c3 , X cx — емкостные сопротивления.
Из приведенной формулы следует
C x = C1·(C2/C3)
Отградуировать измерительный мост можно с помощью конденсаторов, имеющих наименьший процент допуска емкости. Эталонные конденсаторы подключаются к гнездам разъема XS2 и отмечают их значения на шкале переменного конденсатора С1. Если не имеется достаточного количества эталонных конденсаторов для градуировки, то в последней формуле принимают С2 = С3 и зная минимальную и максимальную емкости переменного конденсатора, после определения закона изменения его емкости исходя из формы пластин производят градуировку вышеописанным методом. Рассмотренным мостом можно измерять конденсаторы, емкости которых лежат в пределах минимальной и максимальной емкости используемого переменного конденсатора. Конструктивно измерительный мост емкостей выполнен в небольшой пластмассовой коробочке (крышка мыльницы) с использованием промышленных деталей (конденсатор переменной емкости С1 взят от карманного радиоприемника «Селга 404», наушники BF1 типа ТОН-1 или ТОН-2). В данном измерительном мосте диапазон измерений конденсаторов находится от 5 пФ до 270 пФ, то есть соответствует границам емкости одной секции переменного конденсатора. Нижнюю или верхнюю границы измерения конденсаторов мостом можно уменьшить или поднять, если сделать переключатель, соединяющий секции сдвоенного переменного конденсатора, последовательно или параллельно. В первом случае диапазон измерений будет от 2,5 пФ до 135 пФ, а во втором — от 10 пФ до 540 пФ.
Измерение индуктивности катушки
Известно несколько методов измерения индуктивности катушек. Среди них выделим наиболее доступные для радиолюбителей.
Метод фильтр-пробки . Берется радиоприемник, работающий на внешнюю антенну, настраивается точно на частоту какой-либо радиостанции. После этого внешняя антенна отключается и между ее концом и гнездом подключения антенны включается отградуированный конденсатор переменной емкости С э , параллельно которому подключается измеряемая катушка Lx. Полученное соединение конденсатора и катушки представляет заграждающий «фильтр-пробку». Далее вращая конденсатор С э добиваются резкого пропадания слышимости радиостанции. Это признак того, что образованный колебательный контур настроен в резонанс с частотой колебаний принимаемой станции. В этом случае индуктивность катушки найдем по формуле
L = 250·λ2/(С э + С к )
где λ — длина волны в метрах, С к — емкость контура в пикофарадах.
Измерение индуктивности катушки связано с частотой протекающего тока, в связи с чем измерение индуктивности высокочастотных катушек необходимо производить на частотах, близких к тем, на которые предназначена катушка. Наилучшие результаты измерения получаются при использовании резонансных методов. При помощи резонансных измерителей индуктивности от долей микрогенри до сотен миллигенри с точностью 1…2 %. Для измерения индуктивности катушек, используемых в низкочастотных цепях радиоприемников (дросселе, трансформаторов), можно использовать мостовые измерители или метод вольтметра и амперметра. Нужно при этом помнить, что индуктивность катушки со стальным сердечником сильно зависит от постоянной составляющей тока подмагничивания, протекающего в катушке. Поэтому при измерении необходимо пропускать через катушку постоянную составляющую тока такой величины, какой она будет в реальной схеме радиоприемника.