бели выпускаются различной длины, или же их можно сделать самим с помощью комплекта, в который входят плоский кабель, неприсоеди-ненная вставка DIP и инструмент для навивки. Плоский кабель можно также подсоединять к плате через входную шину или многоконтактный разъем, в котором один или два ряда штырьков расположены через 2,5 мм.

Простые платы лучше всего соединять с помощью разъемов, в которых используются штампованные клеммы или печатные полоски с покрытием и винтовыми зажимами. Старайтесь не пользоваться одиночными большими контактными площадками для подсоединения внешних проводов к плате ПС.

На рис, 12.5 показаны варианты соединений ПС-плат.

Дополнительные замечания. На платах со сквозной металлизацией некоторые отверстия используются для проведения земляной шины на противоположную сторону платы. Избегайте многократных переходов сквозь плату, поскольку соединения через сквозную металлизацию могут создавать помехи даже там, где элементы отсутствуют. На двусторонних платах ленточные проводники, как правило, ведите горизонтально по одной стороне и вертикально по другой.

Основные правила: делайте плавные закругления, а не прямоугольные повороты. Проводники, ведущие к контактным площадкам, должны идти прямо по направлению к центру контакта, а не под косым углом. Не монтируйте на плате тяжелые элементы {вес не должен превышать 60 г); предположите, что прибор будет периодически в течение работы сбрасываться с высоты 2 м на твердую поверхность! На компонентной стороне указывайте полярность диодов и электролитических конденсаторов, а также номера ИМС и локализацию 1-го штырька (если есть место). Всегда удобно когда обозначены контрольные точки, функции подстроечных элементов (например, О РЕГ ), входы и выходы, функц11и световой индикации, если, конечно, позволяет место.

Нанесение линий на майлар. Основной совет: пользуйтесь специальным столом с подсветкой, работая с майларовой пленкой с прецизионной сеткой. Не путайте майлар с дешевой пластиковой пленкой с нанесенной сеткой, которая не обладает ни точностью, ни стабильными размерами; кусок прецизионной пленки остановит вас, во всяком случае, ценой (около 20 долларов!) Положите майлар чистой стороной кверху и точно нанесите на него контактные площадки ИМС. Используйте карандашный эскиз в качестве руководства при разводке схемы. Тщательно вымойте руки, чтобы на майларе- не оставить жирных пятен, или, если они возникли, воспользуйтесь спиртом для их удаления. Для разрезания лент и контуров пользуйтесь ножом с кривым лезвием и научитесь не делать сквозные порезы на майларе. После установки клейкой ленты крепко придавите ее, иначе она в конце концов начнет скручиваться. Обеспечите хорошее перекрытие на; учагетках, где проводник должен пройти через контактную пл0щадк.у ЯШ Ч€рез что-либо другое. В процессе разводки ленты дер-

жите ее в свободном, а не натянутом состоянии, иначе лента будет отскакивать и тянуться назад от контакта. Используйте предварительно нарезанные колена и кружки для увеличения ширины ленты (1,55 мм или шире), когда при проведении приходится делать крутые повороты. После того как нанесение линий на майлар закончено, оно сверяется со схемой, при этом красным карандашом отметьте каждое пройденное соединение на принципиальной схеме. Если все окажется в порядке, замазываются возможные щели на майларе черным фломастером.

Предварительно разрезанные шаблоны для ПС поставляют несколько фирм. В табл. 12.1 приведены некоторые рекомендуемые типы.

Таблица 12.1

Некоторые шаблоны для проектирозания НС i>

*) Размеры переведены из дюймов в миллиметры приближенно. 201-031 -это лента 0,031 дюйма -Прим. ред

Например, лента

12.06. Монтаж плат ПС

С получением законченной платы ваши заботы не кончаются. Перед вами встанут вопросы - например, как пользоваться разъемами для ИМС, как удалить флюс или подготовить выводы к монтажу и т. п. Предлагаем вам некоторые соображения по этому поводу.

Гнезда. Имеется большой соблазн: для облегчения аварийного ремонта использовать гнезда для ИМС повсюду. Однако если вЫ будете невнимательны, то гнездо скорее может вызвать неисправность, чем предотвратить ее. Нужно учитывать устройство гнезда еще на стадии макета. Тогда при необходимости можно заменить ИМС, чтобы убедиться, что имеющееся нарушение работы вызвано неисправностью именно в конструкции гнезда, а не плохим компонентом. Гнезда могут использоваться и для дорогих ИМС (например, ЦАП, микропроцессоры или др.), ИМС, которые по желанию можно менять время от времени (например, программируемые ПЗУ), а также для ИМС, рано или поздно выходящих из строя (например, кристаллы, которые служат для восприятия входных или выдачи выходных сигналов, т. е. связанные с внешними цепями аппаратуры).

Проблема заключается в том, что плохо сконструированное гнездо по прошествии некоторого времени теряет надежность. Непаяные соединения должны иметь газонепроницаемую защитную оболочку, аналогичную возникающей при механическом действии удара металла о металл, причем герметизация в дальнейшем уже не должна разрушаться. Например, теряют надежность печатные разъемы ПС, бывшие в употреблении. Чтобы этого избежать, контакты стали делать расщепленными (два или более независимых пружинящих контакта для каждой ламели), поверхности гнезда и ламелей покрывают золотом, а механическую конструкцию улучшают с точки зрения надежности контакта при ударах и после них. Можно ожидать, что негерметизировэнные соединения через некоторое время, возможно через год, а то и меньше, выйдут из строя. Иногда допускается небрежность, например компонент вставляется в плату ПС, а припаять забывают. Такие соединения обладают раздражающим свойством, а именно: вначале контакт очень хороший, а спустя месяцы или даже годы он становится прерывающимся из-за коррозии. Могут возникнуть проблемы и со вставленными в гнезда тяжелыми ИМС (24 штырька и более). Их можно вытащить только после нескольких покачиваний и толчков.

Мы считаем, что гнездо для ИМС с коническими штырьками (предлагаемое Augat серий 5 xx-kG) обладает хорошими показателями надежности, но оно дороже по сравнению с другими типами гнезд.

Каталог Bishop Graphics (20450 Plummer Street, Chatsworth, СА 91311) содержит обширную информацию о проектировании и исполнении плат ПС.

Пайка и очистка от флюса Обычная процедура монтажа заключается в том, что несколько компонентов вставляют, затем опрокидывают плату и загибают выводы с другой стороны, чтобы удержать компоненты в этом положении. После этого производят пайку, пользуясь термостатированным паяльником с тонким слоем припоя. Интегральные схемы легко вставляются с помощью специального инструмента для их установки (очень рекомендуем), а для загибания выводов резисторов и других элементов также имеется приспособление, использование которого предотвращает образование задиров, выстругиваемых во время установки элементов. После пайки лишние кусочки выводов должны обрезаться кусачками или ножницами.

Теперь приступаем к очень важному этапу: паяльная жидкость (флюс) должна быть удалена с поверхности платы. Если этого не сделать, плата через несколько лет примет ужасный вид, если, конечно, вы специально не позаботитесь о ее защите

Не забывайте основные законы: 1) удалить флюс; 2) сделать это сразу же. После установки всех элементов это будет много сложнее; 3) используйте обычные растворители, такие, как фреон, спирт, или некоторые другие органические растворители, рекомендуемые для этих целей. Небольшая щетка поможет вам выбить прилепившиеся шарики флюса,

12.07. Несколько дополнительных соображений по поводу плат ПС

Из-за образования окисной пленки платы с печатным монтаяОМ со временем становится труднее паять. Поэтому монтировать их лучше сразу после изготовления. В противном случае вы должны хранить незаполненную плату в пластиковом мешочке подальше от коррозирующих испарений. Хорошие платы получаются на основе материала типа FR-4 толщиной 1,6 мм (иногда подходит эпоксидное стекловолокно ) с покрытием -0,05 г/см меди. Помните, что печатная схема в основном смонтирована на куске проклеенного наполнителя; плата может поглощать влагу, что приводит к появлению электрических утечек. Другой патологией материала плат ПС являются крючки , или усики , изменение диэлектрических констант с частотой; вызываемое последним изменение паразитной емкости может стать очень существенным при построении, например, усилителя с плоской частотной характеристикой. Изготовители осциллоскопов очень хорошо знают этот причудливый эффект.

Проводники печатной схемы, через которые проходит большой ток, должны быть шире, чтобы предотвратить перегрев и падение напряжения. Как грубое руководство приводим здесь таблицу приблизительной ширины (в мм) проводников платы ПС с покрытием 0,0675 мм, при которых температура повышается на 10-30°С для различных токов. Для фольги другой толщины ширина изменяется соответственно. -

Инструменты, Лля начала назовем наиболее часто используемые в нашей практике инструменты и расположим их в порядке значимости:

Утконосы-Erem И d Utica 321-41/2 илн 775-SVa

Ножницы-кусачки - Erem 90Е или 71АЕ

Паяльник -Welier WCTP-N, Ungar Ungarmatic

Припой-Ersin Multicore 22 ga, сплав Sn60

Приспособление для установки ИМС-Dipsert 880

Круглогубцы для загибания выводов -Production Devices PD801

Дозатор растворителя Menda 613

Приспособление для отсасывания припоя - Egsyn SoldapuUt DSO 17

Очень много полезных приспособлений для сборки ПС указано в каталоге Contact East (7 Cypress Drive, Burlington, MA 01803) и в каталоге Marschall Claude Michael (9674 Telstar Avenue, EL Monte, CA 91731).

КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРИБОРОВ

12.08. Установка схемных плат в приборы

Схемные платы (будь то печатная схема, панель с монтажом накруткой или же электромонтажная карта) должны помещаться в соответствующий корпус и соединяться с источником питания, панелью г управления, *с разъемом или с другими электрическими схемами. ; В этом разделе рассматриваются некоторые распространенные способы t компоновки приборов, обеспечивающих хорошую установку схем и их доступность для проверки и ремонта. Начнем со способа крепления самой схемной карты, а затем обсудим устройство корпусов, организа--цию управления на лицевой и задней панелях, монтаж источника t питания и т. п.

Установка печатной платы, В простом приборе может быть i только одна схемная плата: либо печатная, либо с монтажом накрут-I кой , либо же просто макетная плата. В этом случае по углам ее просверливаются отверстия и плата крепится винтами (с упорными втулками) на плоской поверхности компонентной стороной вверх. Соединения могут осуществляться через гнездо печатного разъема (если сама плата имеет ламели с покрытием) с помощью плоского кабеля с разъемом на конце, соответствующим вставке на плате, или с помощью отдельных паяных соединений с развальцованными лепестками. При любом типе разъема плата достаточно прочно будет удерживать этот

разъем, и внешние крепления для него, как правило, не нужны. Независимо от способа соединения следует предусматривать такую организацию проводки, при которой плату можно было бы приподнять и наклонить так, чтобы стала доступной для переделок и ремонта ее нижняя сторона.

Если в системе несколько схемных плат, то лучше всего вставить их в какого-либо рода блок-каркасы для ПС в виде жестких комплектов с направляющими для каждой платы, по которым они вставляются и выравниваются по тыльной стороне так, что обеспечивается попадание печатных разъемов в гнезда. Ширина, пространственное расположение, количество плат, которые можно вместить в блок-каркас,- в этом нет никаких особых ограничений. Больше всего подходят платы шириной И2,5 мм, имеющие 44-штырьковый двусторонний (22 штырька на каждой стороне) печатный разъем с шагом печатных ламелей, равным 3,9 мм. Промежутки между платами можно сделать равными 12,5 мм, если необходимо, но расстояние в 15 мм удобнее. Если пространственный фактор для промежутка между платами не играет особой роли, то расстояние в 18,75 мм предоставляет тот запас, который нужен для схем с соединениями накруткой или громоздкими компонентами. Лучше просмотреть несколько каталогов и подобрать каркас из имеющихся в наличии Вы можете приобрести варианты с пластиковыми направляющими для плат или просто сделать в металлических стенках углубления для их выравнивания. Имеются также различные ручки, монтируемые непосредственно на платах ПС, с помощью которых платы вынимаются из каркаса. Выпускаются и обоймы для печатных плат, по бокам которых установлены просто сплошные стенки (параллельно платам); в этих конструкциях процедура замены плат достаточно Хорошо отработана.

Можно использовать и сменные кожухи, включающие в себя блок-каркас целиком, в которых предусмотрено место для установки источников питания, панелей управления и т. д.

Монтаж задней стенка блок-каркасов. Гнезда печатных разъемов бывают либо с лепестками под пайку, либо со штырьками для монтажа накруткой , либо же с небольшими штырьками для установки на плату ПС, В многих случаях разводку межплатных соединений лучше делать пайкой от точки к точке, используя лепестки разъемов. Чтобы работа была качественной, нужно объединить провода в несколько жгутов, прокладываемых по прямой вдоль блок-каркаса. Иногда предпочтение отдают соединениям накруткой , особенно если между штырьками разъемов на задней стенке требуется много соединений, а количество проводов, идущих к другим точкам прибора, сравнительно мало и нет необходимости использовать при монтаже экранированные кабели.

Третьей возможностью является использование в качестве задней стенки материнской платы - печатной платы, на которой монтируются гпт печатных разъемов. Материнские платы широко приме-

няются в системах с передачей сигналов по шинам (почти всегда в компьютерах), и в любом случае не следует забывать о возможности их использования, если прибор предназначен для серийного производства. Двусторонние материнские платы обладают тем преимуществом, -ЧТО дают возможность иметь земляную плоскость (пониженная индуктивность и связь сигнальных шин) или использовать обе стороны как

Рис 12 б Использование материнской пла^ы позволяет удобно осуществлять межплатные соединения

Значительно уменьшается обгьем ручной работы и вероятность ошибок при монтаже, при этом обеспечивается высокое качество исполнения В больших системах материнская плата н ее разъемы должны, очевидно, жестко монтироваться сзади блок каркаса для плат

сигнальные, если межплатный монтаж достаточно сложен. В шинных системах монтаж между платами обычно упрощается благодаря наличию сквозных соединений между соответствующими шинными выводами на всех платах Задние стенки в компьютерах иногда выполняются в виде материнских плат со сквозными выступающими штырьками для соединений накруткой Это очень удобно, особенно если вам нужна материнская плата, чтобы по ней провести все шины и подводку , питания, а нешинные штырьки остакить свободными для монтажа требуемой схемы накруткой На рис. 12 6 изображена фотография простой материнской печатной платы.

12.09. Оформление

В зависимости от назначения электронная аппаратура размещается в настольных корпусах (комплектуемых с резиновыми опорами и имеющих откидную лицевую панель на петлях) и в корпусах или панелях, вставляющихся в стандартную релейную стойку шириной 475 мм (блоки либо привинчиваются непосредственно к боковым стенкам стойки, идущим вертикально от пола, либо монтируются на шарикоподшипниках, скользящих по полозьям стойки для облегчения доступа). Модули приборов конструируются так, чтобы они могли вставляться в более крупные монтажные единицы - субблок , обойму или несущую раму (в последнем случае подключение к источнику питания обычно осуществляется сзади через стандартный разъем). Возможны и другие виды корпусов приборов, например такие, как передвижные (в том числе до вертикали) подставки - лафеты.

Как при настольном оформлении, так и при использовании напольных стоек имеется возможность разнообразить формы корпусов. Наиболее распространены корпуса шириной 425 мм различной высоты и глубины. При этом можно подобрать наиболее удобные размеры фланцев и полозьев монтажных стоек (в стойках шириной 475 мм расстояние между фланцами составляет примерно 437,5 мм). Таким образом, путем небольших изменений в механической конструкции прибора вы можете переделать корпус из монтируемого на стойках в настольный вариант или наоборот. Следует отметить, что для некоторых корпусов при переделке требуется удалять внешний кожух, для других можно оставить его без изменений.

Что касается модульных приборов, то ЫШ-субблоки распространены в ядерной и атомной измерительной аппаратуре, а крейт КАМАК используется для компьютерных интерфейсов. Несколько фирм ограничиваются выпуском модулей и субблоков, например Tektronix - серий ТМ500, Vector - серией пустых модулей EFP. В каждом типе оформления имеются пустые шасси в комплекте с задними разъемами, согласующимися с розетками источника постоянного тока материнского субблока.

12.10. Замечания по конструкции

Чем пытаться перечислять чрезвычайно многообразные выпускаемые корпуса по названиям или стилям, нам проще сделать некоторые общие замечания о конструкции приборов. Эти замечания вместе с рисунками этой главы помогут вам выбрать корпуса для электронной аппаратуры и заполнить их схемами наилучшим образом.

Обычно на переднюю панель выводятся индикаторы, измерительные и показывающие приборы и т. п., а также ручки управления и часто используемые разъемы. Редко используемые приспособления и

) Английские bin , cage и crate соответственно ближе всего к отечественным терминам субблок, блок-каркас и рама (термин крейт проникает в отечественную литературу, например, крейт КАМАК) - Прим. ред.

разъемы, к которым не требуется частый доступ, обычно выносятся на заднюю панель, как и большие разъемы, соединительные провода, предохранители и т. п.

По-видимому, наиболее важно при размещении прибора помнить о необходимости обеспечения хорошего доступа к схемным платам и ручкам управления. Добивайтесь, чтобы вставлять компоненты в прибор можно было без больших усилий. Это значит, что нужно очень хорошо развести кабельные соединения, чтобы модульные блоки вытаскивались без применения паяльника. Кроме того, нужна точная планировка, чтобы можно было в процессе работы прибора проверять схемные платы. Например, если в блок-каркасе платы смонтированы вертикально, то для того чтобы добраться до платы, надо снять крышку

Рйс. 12.7, Один из способов обеспечения удобного доступа к монтажу панели управ* ления.

Все провода выносятся на один конец так, чтобы панель могла откидываться на петлях или отделяться от прибора. Здесь панель с салазками встэччляется по направляющим прибора Отметим использование кабельных жгутов и самосцепляющихся держателей, благодаря которым провод а выглядит опрятной.

корпуса, а затем вставить переходник для работы с выдвинутой платой, только тогда схема будет доступна. Если платы смонтированы горизонтально, то можно обеспечить доступ, сделав переднюю панель съемной или откидной. Вообще, следует сопротивляться соблазну укладывать схемы слоями , когда одна схема полностью закрыта другой. На рис, 12.7 показан образец удобной съемной передней панели, связанной с корпусом кабелем.

12.11. Охлаждение

Приборы, потребляющие более нескольких ватт, обычно нуждаются в принудительном воздушном охлаждении. По приближенным подсчетам небольшие приборы, выделяющие более 10 Вт, или более крупные узлы, расходующие более чем 25 Вт, работают, вероятно, лучше, если их обдувать вентилятором. Важно помнить, что в корпусе, заполненном схемами, будет прекрасный температурный режим, если корпус установлен на стенде, а его крышка снята. Но если схема помещена в стойки вместе с тепловыделяющими приборами (когда окружающая температура может достигать 50° С) и закрыта крышкой, то она будет сильно перегреваться. Это приводит не столько к быстрому разрушению компонентов, сколько главным образом к неудовлетворительной работе.

Для приборов, работающих при умеренно низких мощностях, например показанных выше на рисунках, часто бывает достаточно простого охлаждения конвекцией. В этих случаях вы должны просверлить в основании верхней крышки отверстия, учитывая расположение основных сильно нагревающихся деталей (мощных резисторов и транзисторов). Возможно, что лучше устанавливать мощные компоненты на задней панели, используя радиаторы с вертикальными ребрами (разд. 5.04). Схемные платы будут лучше вентилироваться, если их устанавливать вертикально, хотя рассеяние тепла в схемах чаще всего незначительное. Если конвективного охлаждения недостаточно, то следует воспользоваться вентилятором. Обычный вытяжной вентилятор со скоростью потока в открытом пространстве 3 куб. м/мин будет вполне удовлетворительно охлаждать приборы, потребляющие 100 В¥ и больше. Здесь мы приводим соответствующую формулу:

/огч 1,бх/(Вт) возрастание температуры воздуха (Q - поток воздуха

(куб. м/мин)

Таблица 12.2

Вытяжные вентиляторы