Аналогово-цифрові схеми

• ЦАП і АЦП

Серії мікросхем

Аналогові і цифрові мікросхеми випускаються серіями. Серія — це група мікросхем, що мають єдине конструктивно-технологічне виконання і призначені для спільного застосування. Мікросхеми однієї серії, як правило, мають однакову напругу джерел живлення, погоджені по вхідних і вихідних опорах, рівнях сигналів.

Корпуси мікросхем

Мікросхеми випускаються в двох конструктивних варіантах — корпусному і безкорпусному.

Бескорпускная мікросхема — це напівпровідниковий кристал|, призначений для монтажу в гібридну мікросхему або мікрозборку.

Корпус — це частина конструкції мікросхеми, призначена для захисту від зовнішніх дій і для з'єднання із зовнішніми електричними ланцюгами за допомогою виводів. Корпуси стандартизовані| для спрощення технологічного процесу виготовлення виробів з різних мікросхем. Число стандартних корпусів обчислюється сотнями!

У російських корпусах відстань між виводами вимірюється в міліметрах| і найчастіше це 2,5 мм або 1,25 мм.| У імпортних мікросхем відстань вимірюють в дюймах, використовуючи величину 1/10 або 1/20 дюйма, що відповідає 2,54 і 1,28 мм.| В корпусах до 16 виводів ця різниця не значна, а при великих розмірах идентичних| корпусу вже несумісні.

У сучасних імпортних корпусах для поверхневого монтажу застосовують і метричні розміри: 0,8 мм; 0,65 мм і інші.

Специфічні назви мікросхем

З великої кількості цифрових мікросхем виготовлялися процесори. Фірма Intel першою виготовила мікросхему Intel 4004, яка виконувала функції процесора. Такі мікросхеми дістали назву мікропроцесор. Мікропроцесори фірми Intel удосконалювалися: Intel 8008, Intel 8080, Intel 8086, Intel 8088 (на основі двох останніх мікропроцесорів, фірмою IBM, були випущені перші персональні комп'ютери).

Мікропроцесор виконує в основному функції АЛУ (арифметико-логічний пристрій), а додаткові функції зв'язку з периферією виконувалися з допомогою спеціально для цього виготовлених наборів мікросхем. Для перших мікропроцесорів число мікросхем в наборах обчислювалося десятками, а зараз це набір з двох-трьох мікросхем, який отримав термін чіпсет.

Мікропроцесори зі вбудованими контроллерами пам'яті і введення-виводу, ОЗУ і ПЗП, а також іншими додатковими функціями називають мікроконтроллерами.

Монтаж і демонтаж конденсаторів, резисторів, діодів, транзисторів та інтегральних мікросхем.

Монтаж на друкованих платах. Перед монтажем друкарські провідники і контактні майданчики необхідно підготувати до пайки - очистити від оксидної плівки і забруднень. Якщо монтаж ведеться відразу після виготовлення друкованої плати, то провідники досить протерти бязевим| тампоном, змоченим в спирті. Якщо ж з моменту виготовлення плати пройшло багато часу і металеве покриття потемніло (окислювалося), то спочатку необхідно зачистити його до блиску дрібнозернистою шкіркою, а потім ретельно промити спиртом. Після знежирення на усі контактні майданчики друкованої плати пензликом наносять тонкий шар каніфольного флюсу.

Радіоелементи і мікросхеми теж необхідно підготувати до монтажу і пайки. Для цього їх виводи формують (надають їм потрібної форми), обрізують до необхідної довжини, зачищають і лудять.

Формування виводів роблять для того, щоб, по-перше, привести у відповідність відстані між ними і контактними майданчиками, по-друге, щоб запобігти відшаруванню друкарських провідників і майданчиків при необережному натисненні на корпус елементу. Формування можна виконати за допомогою пінцета, мініатюрних плоскогубців|, круглогубців| або нескладного пристосування.

Оскільки міцність зчеплення фольги з платою невелика і при нагріванні зменшується, то при пайці з'єднань на друкованій платі необхідно дотримуватися обережності не допускати перегрівання, оскільки це може привести до відшарування провідників і майданчиків від плати.

Для пайки слід застосовувати припій з низькою температурою плавлення : ПОСК 50, ПОС 61 і інші. Потужність електричного паяльника при пайці цими припоями не повинна перевищувати 35-40 Вт.

В деяких випадках в отвори друкованих плат для настроювальних елементів встановлюють пістони. Відпаювання пістонів є обов'язковою умовою надійної роботи пристрою.

Компаунди спосіб монтажу полягає в наступному (мал. 7.1). На дно форми, що відповідає розмірам майбутньої плати, поміщають шар пластичної маси (формувальна глина або пластилін); згори накладають ескіз монтажної схеми, виконаний на кальці в масштабі 1:1|, з вказівкою місць розташування елементів і їх виводів. Ескіз покривають прозорим захисним шаром, наприклад поліетиленовою плівкою. Далі розставляють елементи відповідно до ескізу. При цьому виводами проколюють захисний шар, кальку і пластичну масу. Після цього форму заливають компаундом.

Висновки радіоелементів перед установкою їх в пластичну масу рихтують, згинають по ескізу монтажу, а при необхідності і укорочують. Принцип компонування елементів схеми той же, що і при звичайному монтажі.

У експериментальних зразках монтажних плат елементи схеми розташовують з таким розрахунком, щоб після заливки корпусу вони виявилися над шаром компаунда. У відпрацьованих же схемах корпусу елементів можуть бути частково або повністю занурені в компаунд. Деталі з феритів без спеціального захисту заливати компаундом не рекомендується.

Для монтажу у такий спосіб можна використати епоксидні|, поліефіракрілатні| і подібні до них компаунди. Компаунд має бути прозорим і легкотекучим|, а після твердіння - еластичним. Цим вимогам відповідає епоксидний компаунд такого складу (у масових частинах) : смола епоксидна-100, дибутил| - фталат| від 20 до 25, поліетиленполиамин| від 12 до 15.

Товщина шару компаунда може бути 1,5-3,5 мм.| Полімеризується компаунд спочатку при кімнатній температурі впродовж 6-12 ч|, а після витягання з форми при температурі 60-80 °С ще 4-6 г.| Приведений вище склад компаунда забезпечує надійне кріплення як частково залитих їм, так і не залитих елементів, а також стійкість монтажу до ударних навантажень. Електричний опір ізоляції між виводами деталей виходить не менше 1000 МОм.

Електричні з'єднання виконують монтажним дротом за допомогою пайки. При необхідності заміни елементів досить нагрівати паяльником виводи, щоб розплавити припій і розм'якшити поблизу виводів епоксидний компаунд по усій товщині шару, потім видалити пінцетом або металевим гачком елемент, вставити на його місце новий і залити компаундом.

Повністю відпрацьовану і налагоджену схему, якщо вона призначена для роботи в умовах підвищеної вологості, доцільно виконати у вигляді модуля, тобто повністю залити компаундом як з боку корпусів елементів, так і з боку монтажу.

Монтаж методом втискування в термопластичний матеріал (вініпласт|, органічне скло та ін.). Висновки усіх елементів перед установкою на плату формують, як показано на мал. 7.2. При монтажі їх притискають до плати гістрозаточеним| паяльником. При цьому матеріал плати плавиться і вивід занурюється в плату на глибину, дещо велику його діаметру. Потім паяльник відводять, а елемент утримують в незмінному положенні до тих пір, поки пластмаса не затвердіє. Висновки елементів, які повинні з'єднуватися між собою, треба кріпити можливо ближче один до іншого і паяти.

При пайці кріплення елементів не порушується, оскільки під час розігрівання виводів механічні навантаження на них практично відсутні і виводи досить добре утримуються пластмасою, що обволікає їх. При такому монтажі зручно користуватися двома паяльниками: одним запресовувати деталі, іншим гавкати з'єднання.

Змонтовану і перевірену в роботі плату покривають захисним шаром епоксидного клею.

Монтаж саморобних модулів. Конструювання і зборка малогабаритних пристроїв, особливо розрахованих на виготовлення в декількох екземплярах (апаратура для народного господарства, для телекерування моделями та ін.), значно спрощується при використанні модулів, що є закінченими функціональними вузлами.

Вузол заздалегідь макетують, домагаючись того, щоб він був працездатний без якого-небудь додаткового регулювання при монтажі його із справних стандартних елементів із заданим допуском параметрів. Потім перевіряють стійкість роботи вузла при такому розміщенні елементів, яким воно буде в модулі. Кожен елемент обгорнули двома-трьома шарами лакотканини| або надівають на корпус відрізок поліхлорвініловой| трубки і поміщають в обойму (мал. 7.3). Елементи, що мають на корпусі кільцевий виступ (наприклад, стабілітрони), вирівнюють по діаметру намотуванням лакотканини|. Транзистори в круглому корпусі укладаю г попарно виводами в протилежні сторони. Притискна планка обойми з штифтами переміщається під дією сталевої пружини в направляючих пазах і фіксує положення елементів при монтажі модуля.

Корпус обойми виготовляють з листової сталі товщиною 0,5мм|. Розміри, вказані на малюнку, орієнтовні. Розмір А визначається об'ємом модуля. Монтують елементи пайкою, ізолюють лакотканиною| увесь блок і поміщають його в корпус-екран, який виготовляють з листової латуні або міді завтовшки 0,2- 0,3 мм.| Модуль заливають епоксидним компаундом або закривають ізоляційною пластиною з отворами, через які пропускають виводи.

Модуль, виконаний у такий спосіб і що містить, наприклад, два транзистори КТ316, п'ять резисторів МЛТ-0,125 і три конденсатори КМ-5а, має габарити 12Х14Х15| мм.|

Монтаж накруткою при макетуванні дозволяє краще зберегти елементи, оскільки виключає багатократні перепаювання їх виводів.

Суть монтажу методом накрутки полягає в тому, що усі з'єднання в пристрої роблять мідним неізольованим (краще лудженим) дротом, туго намотуючи його на виводи деталей. Забезпечити надійний електричний контакт в з'єднанні і полегшити виконання цієї операції дозволяє нескладне пристосування (мал. 7.4),

Основою пристосування служить патрон утримувача грифеля від креслярського циркуля (придатний утримувач з наскрізним осьовим отвором). На хвостовик утримувача напресована латунна трубка завдовжки близько 80 мм.| До верхнього (по малюнку) кінця трубки припаяні дві латунні смужки розміром 25Х5Х0|, 5 мм з кріпильними отворами. Ці смужки утворюють утримувач котушки із запасом монтажного дроту; віссю котушки служить гвинт. У патрон утримувача грифеля затискають дві сталеві трубки, відрізані від голок медичного шприца.

Трубка 1 має зовнішній діаметр 0,8 і довжину 35 мм, а трубка 2 - відповідно| 1,2 і 25 мм.| Трубка 2 служить тій, що направляє для монтажного дроту і одночасно різцем, що знімає з нього оксидну плівку. Торець цієї трубки, що виступає, треба ув'язнити перпендикулярно її осі на шліфувальному крузі; кромки мають бути гострими, але без задирок. Кромки протилежного кінця трубки згладжують і надівають на нього направляючу трубку завдовжки близько 100 мм з поліхлорвініла|. Трубка 1 є як би віссю: її надівають на виведення деталі і навколо неї обертають пристосування, притиснувши кінець монтажного дроту пальцем до плати. При цьому монтажний дріт витягується з трубки 2 і щільно намотується на вивід. З патрона трубка 1 повинна виступати на 4 мм, а трубка 2 на| 3,7 мм.|

Після намотування дроту на один вивід пристосування переносять на інший вивід і так, не обриваючи дроту, сполучають потрібне число виводів. Необхідне натягнення дроту встановлюють гайкою гвинта. Після невеликої практики роботи з пристосуванням виходить досить надійний електричний контакт.

Монтажні планки, на яких пелюстки закріплюються без розвальцьовування або клепки, прості по конструкції і нескладні у виготовленні. Заготівлю монтажної пелюстки вирізують з мідної або латунної фольги або з білої жерсті (мал. 7.5, а). З двох сторін роблять прорізи. "Вусики" пелюсток відгинають (мал. 7.5,6). Потім заготівлю вставляють в отвір і обтискають планку, як показано на мал. 7.5, ст.

Затиск для тимчасових з'єднань провідників і радіоелементів зручний при відробітку нескладних схем, гак| як дозволяє швидко з'єднати між собою виводи різних елементів або кінці монтажних дротів (мал. 7.6). У отвір монтажної плати вставлена дротяна скоба, на яку надіта пружина. У ту, що виступила на лицьовій стороні плати петлю протягують зачищені монтажні дроти або виводи елементів. Силою пружини вони притискатимуться один до іншого, забезпечуючи надійний електричний контакт.

Ізолювання корпусів радіоелементів при монтажі можна виконати відрізком поліхлорвиніловой| трубки. Для кращої фіксації трубку по діаметру слід вибрати дещо меншій корпуси елементу, Відрізок трубки завдовжки, в 1,2-1,5 разу більшої довжини корпусу, витримують в ацетоні близько години (чи 30-40 мін в дихлоретані). Після закінчення цього часу матеріал трубки розбухає, придбаваючи виключно високу еластичність, трубка подовжується і збільшується в діаметрі. За допомогою пінцета трубку обережно надівають на корпус елементу і витримують на відкритому повітрі не менше 2 г.| За цей час трубка дає усадку, щільно облягаючи корпус. Надлишки трубки обрізують.

Зачистка виводів. При зберіганні виводи радіоелементів через деякий час зазвичай покриваються оксидною плівкою, що утрудняє монтажну пайку. Зручно (і швидко) зачищати виводи за допомогою учнівської чорнильної гумки. У гумці свердлять тонким свердлом декілька отворів, через які 3-4 рази із зусиллям простягають дротяні виводи елементів, стискаючи гумку пальцями. Плоскі виводи простягають між двома щільно стислими гумками або через проріз, зроблений в гумці, або користуються гумкою, як завжди при стиранні, помістивши виведення елементу на плоску поверхню.

Монтажний пістон з резистора МЛТ. У несправного резистора акуратно пасатижами відділяють ковпачок від керамічної основи і лудять зсередини, Виведення ковпачка паяють в отвір плати, а потім в пістон, що вийшов, вставляють виводи деталей. Цей спосіб найбільш ефективний при ремонті пристроїв, їх доопрацюванні і удосконаленні.

Монтажний пістон з вузла кулькової ручки, що пише, практично не вимагає доопрацювання перед установкою на плату. Порожнина його очищають від залишків пасти, що пише, прожаривши на вогні і промивши спиртом або ацетоном. Потім лудять місце майбутньої пайки. Пістон встановлюють на друковану плату і паяють місце з'єднання з друкарським провідником. Зайву частину стержня (разом з кулькою) відрізують. При необхідності склянку пістона можна розсвердлити до діаметру 1,5 мм.|

Спіралі замість пістонів застосовують при великій кількості підпоюваних провідників, коли немає під рукою готових монтажних пістонів потрібного діаметру і довжини або матеріалу для їх виготовлення. З лудженого монтажного дроту намотують виток до витка спіраль на відповідну по діаметру металеву шпильку, кусачками відділяють відрізок потрібної довжини, вставляють його в отвір монтажної плати і паяють місце з'єднання з друкарським провідником.

Колодки для установки транзисторів серії МП можна виготовити з пластмасових ковпачків від тюбиків, наприклад, з-під зубної пасти. Таке кріплення транзисторів забезпечує достатню жорсткість при роботі пристрою в умовах трясіння і вібрації. Для виводів транзистора в ковпачку свердлять три отвори.

Окантовка отворів, через які пропускаються монтажні дроти або джгути, може бути виконана за допомогою відрізку поліхлорвініловой| трубки. Для окантовки отворів в панелях завтовшки 1- 2 мм можна використати трубку діаметром 3-5 мм.| Довжину відрізку визначають по формулі l=n(d - 0,6), де d - діаметр| отвори; 0,6-подвоєна товщина стінки трубки. Трубку з обох кінців обрізують під кутом 45° (мал. 7.7). Безпечною бритвою або гострим ножем трубку обережно розрізають по тій, що щонайдовшій, що утворює, розсовують краї і обкантовують отвір. При окантовці отворів в панелях завтовшки 3-7 мм використовують трубки діаметром 7-15 мм.|

Демонтаж багатоконтактних елементів (контурні котушки, трансформатори, електромагнітні реле, транзистори та ін.) не лише трудомісткий, але і не виключає вірогідності відриву фольги від плати, оскільки в любительській практиці зазвичай поперемінно нагрівають місця пайки і, нахиляючи деталь, поступово витягають виводи елементів з отворів плати. Нижче приведені три способи, вільні від цих недоліків.

1-й| спосіб. Виготовляють спеціальну насадку на стержень електропаяльника, аналогічну, наприклад, приведеним на мал. 8.5, е| і 8.8.

2-й| спосіб. Випаюють кожен вивід окремо, використовуючи при цьому пристосування у вигляді трубки з металу, який погано лудиться, наприклад з алюмінію. Товщина стінки трубки має бути не більше 0,2 мм, т.| е|. не більше за проміжок між виводом і отвором в платі. Внутрішній діаметр повинен відповідати діаметру виводу, що випаюється.

Пристосування можна виготовити і з листового матеріалу або з тонкостінної трубки більшого діаметру, вставивши в неї проволікатиму або хвостовик свердла діаметром, рівним діаметру виводу. Кінець трубки на довжину 5-10 мм обтиснути пасатижами. Надлишки матеріалу слід зрізувати ножицями і кромку обпиляти надфілем. Закріпити виготовлену трубку треба на стержні з теплостійкого матеріалу з низькою теплопровідністю. Щоб випаяти вивід, на нього потрібно надіти трубку і прогріти паяльником місце пайки і трубку. Як тільки припій почне плавитися, трубку, обертаючи, вводять в проміжок між виводом і отвором, а паяльник віднімається. Після твердіння припою трубку обережно виймають. Таку операцію проробляють з усіма виводами. Тоді елемент легко зняти з плати, не ушкоджуючи фольгу.

Для цієї ж мети можна використати голку від медичного шприца. Вістря голки відповідного діаметру сточують перпендикулярно осі. Задирки треба видалити, а отвір з торця злегка разенковать|.

3-й| спосіб. Роблять відсмоктування розплавленого припою під час демонтажу багатоконтактних елементів за допомогою звичайного пилососа, приєднавши до його гнучкого шланга тонкостінну металеву трубку діаметром 5-8 і завдовжки 100-150 мм (п. 5.45). Місце пайки вивіда| прогрівають паяльником. Як тільки припій почне плавитися, до нього підносять трубку, і місце пайки виявляється очищеним від припою. Під час руху по трубці краплі припою устигають остигнути і не псують шланг пилососа і мішок пиловловлювача.

Демонтаж мікросхем (наприклад, серії К133) зручно робити, ввівши під корпус мікросхеми шматок леза від безпечної бритви так, щоб різальна кромка упиралася в місця пайок двох-трьох крайніх виводів. Нагріваючи паяльником одночасно ці пайки, лезо зміщують із зусиллям у напрямі наступних висновків. При цьому лезо відокремить виводи від плати. Відпаявши таким чином один ряд виводів, приступають до іншого ряду. Мікросхеми з штирьковими| виводами можна демонтувати способами, приведеними в п. 7.15.

Захоплення для демонтажу мікросхем дозволяє швидко зняти мікросхему, що зменшує вірогідність її перегрівання. При цьому нагрів роблять спеціальним груповим паяльником або насадкою, прогріваючи відразу усі виводи (мал. 8.5, 8.8). Захоплення виготовляють із затиску "крокодил". На губках затиску спилюють зуби, свердлять по два отвори, приклепують сталеві пластини шириною 7 і завтовшки 1 мм, потім згинають їх кінці під кутом 90° назустріч один іншому. Кінці захоплення вводять під корпус мікросхеми з торців, прогрівають пайки і швидко виймають мікросхему з отворів плати (чи знімають з контактних майданчиків). Якщо мікросхеми встановлені на платі щільно одна до іншої, так, що торцеве захоплення встановити не вдається, можна виготовити бічне захоплення з пластинами дещо іншої форми. Ширина робочої частини пластинів має дорівнювати довжині корпусу мікросхеми. На кінцях пластинів робляться прорізи з шириною і кроком, як у виводів мікросхеми.

Потрібно знати

Перевірка усіх радіоелементів перед монтажем гарантує| працездатність і успішне налаштування приладу. Більшість радіоелементів можна перевірити звичайним тестером, а конденсатори, у тому числі і малій місткості (десятки і навіть одиниці пікофарад), за відсутності вимірника місткостью за| допомогою головних телефонів. Конденсатор, заряджений від джерела напруги, розряджають на опір телефонів і судять про придатність по клацанню телефоні. Чим більше місткість конденсатора (при незмінній напрузі), тим голосніше буде звук розряду. При такій перевірці треба подавати напругу не вище поминального для цього типу конденсаторів.

Коли немає можливості замінити ту або іншу мікросхему на ідентичну, але відповідна по функціональному призначенню і параметрам в іншому корпусі, можна виготовити колодку-перехідник з фолізірованого склотекстоліту або гетинаксу. Мікросхему монтують на колодці-перехіднику, яку сполучають контактними стійками з друкованою платою. Контактні стійки виготовляють з відрізків дроту діаметром 0,4-0,5 мм.|

Якщо в готовій платі не встановлені монтажні пістони, а під рукою їх немає і немає можливості наслідувати ради, то, щоб зберегти друкарський монтаж при підборі елементів, в необхідних монтажних точках паяють відрізки мідного лудженого дроту діаметром 0,5-0,6 мм, а до них - підбирані елементи. Після закінчення налаштування відрізку дроту видаляють і паяють підібраний елемент.

Демонтувати мікросхему з штирьковими| виводами можна, обережно нагріваючи друковану плату з боку пайки в полум'ї спиртівки.

Знімати ізоляцію з монтажних дротів зручно спеціальним ножем, який можна виготовити з уламка ножівкового полотна. Полотно треба відпустити, просвердлити в нім отвір діаметром 2-4 мм.| Отвір з'єднати з краєм полотна трикутним вирізом, кромки вирізу ув'язнити. Потім полотно загартувати. Обмотати ручку ізоляційною стрічкою - і ніж готовий до роботи.

Чорнила для написів на поліхлорвінілових| трубках можна приготувати, розчинивши 6 г нігрозину в 50 мл етилового спирту і додавши 50 мл циклогексану.

Сріблені виводи радіоелементів, контактні пластини, майданчики можна очистити від оксидної плівки, наприклад, 2-5 % розчином соляної кислоти впродовж хвилини при 50 - 60 °C, занурюючи в розчин або неодноразово протираючи змочуваним в теплому розчині тампоном. Потім необхідно ретельно промити і висушити.

Якщо перед відгвинчуванням залитий фарбою гвинт добре прогріти паяльником, фарба розм'якшиться і шліц не буде зіпсований викруткою.

Гвинти елементів кріплення антенних або інших пристроїв, що знаходяться на відкритому повітрі, корисно перед зборкою обмазувати сумішшю графіту з машинною олією або спеціальним графітовим мастилом, Після такої обробки вони легко відгвинчуються навіть через декілька років.

Відгвинтити заіржавілі болти і гайки можна, якщо заздалегідь облити з'єднання гасом або скипидаром (чи навантажити в одну з вказаних рідин) і через деякий час підпалити. Після згорання залишків рідини різьбове з'єднання, як правило, піддається ключу.

Гайку, що приіржавіла, з різьбленням М8 (і більше) можна відгвинтити, якщо на одній - трьох| гранях її зубилом зробити насічки глибиною 1-2 мм і змочити різьблення гасом.