100% handgefertigte Elektronik für Anfänger

Der Artikel beschreibt einige Stufen der manuellen Herstellung elektronischer Geräte und insbesondere die erste Stufe: die Herstellung einer Leiterplatte. Detaillierte Fotos des Prozesses helfen, die Details zu verstehen. Und zum Nachtisch, um das theoretische Material zu konsolidieren, werden wir das einfachste E-Piano auf dem integrierten Timer NE555 zusammenbauen.

Prolog

Wir sind alle Verbraucher elektronischer Geräte: Telefone, Tablets, Fernseher usw. Aber nur einer von tausend kann sich grob vorstellen, wie das alles "von innen nach außen" funktioniert, und nur die Elite ist wirklich in der Lage, mit ihren eigenen Händen ein elektronisches Design von Grund auf neu zu erstellen. Wir laden Sie ein, dem Club der Elite beizutreten. Lesen Sie dieses Material, und wenn es Sie interessiert, versuchen Sie, künstliche Elektronik zu beherrschen!

Diejenigen unter Ihnen, die die Kraft finden, den Artikel bis zum Ende zu lesen, können sich stolz als „Ich verstehe etwas in der Herstellung von Elektronik“ bezeichnen, und selbst diejenigen, die das Kunststück vollbringen und die Montage des vorgeschlagenen Entwurfs beherrschen, sind es wert, den Titel „Real Electronics Engineer“ zu erhalten. Profi “(fast).

Diese Meisterklasse basiert auf einem Satz Master Kit NN201Dies umfasst Teile und Materialien, die für die Herstellung einer Leiterplatte und eines elektronischen Klaviers erforderlich sind. Wenn Sie möchten, können Sie natürlich alle Materialien und Werkzeuge unabhängig voneinander erwerben. Sie müssen nur Zeit damit verbringen, die erforderlichen Komponenten zu suchen und zu kaufen.

Das notwendige theoretische Minimum

Jedes elektronische Design enthält Dutzende und sogar Hunderte und Tausende von Komponenten: Widerstände, Kondensatoren, Dioden, Mikroschaltungen usw. Alle diese Komponenten müssen in gewisser Weise elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sein.

Die einfachsten Schaltkreise können durch Wandmontage „am Knie“ verlötet werden, aber dieses Design ist hässlich, verwirrend und weist eine zweifelhafte mechanische Steifigkeit auf. Daher sollte in jedem ernsthaften elektronischen Design so etwas wie ein Chassis vorhanden sein, auf dem alle Details montiert sind. In verschiedenen Jahren bestand das Chassis auch aus Metall, Pappe oder Sperrholz, aber in den letzten 20 bis 30 Jahren war die Leiterplatte der technologische Standard des Chassis.

Eine Leiterplatte ist eine Folie aus dielektrischem Material, auf deren Oberfläche in einer bestimmten Konfiguration Streifen aus leitendem Material (normalerweise Folie) aufgebracht sind. Glasbasis wird am häufigsten als Basis verwendet: Sie ist nicht brennbar, hat hohe dielektrische Eigenschaften und ist kostengünstig. In Glasfaser werden Löcher gebohrt, in die die Schlussfolgerungen der Teile geleitet werden. Auf der Rückseite der Platine sind die Klemmen mit den Kupferleitern verlötet, die auf bestimmte Weise konfiguriert sind. Dank des Lötens sind die Komponenten mechanisch an der Platine befestigt, und dank der kupferleitenden Pfade sind die Leitungen der Teile elektrisch miteinander verbunden.

Natürlich können Kupferleiter an den erforderlichen Stellen auf die Glasfaserplatte geklebt werden. Das Gegenteil ist jedoch technologisch einfacher: Nehmen Sie eine Leiterplatte mit einer bereits geklebten durchgehenden Folienschicht und entfernen Sie die Folie von unnötigen Stellen.

Sie können die Folie mechanisch von unnötigen Abschnitten entfernen: indem Sie mit einem scharfen Messer einen Schlitz in die erforderlichen Abschnitte machen. Diese Methode ist jedoch zeitaufwändig, traumatisch und eignet sich hauptsächlich für die einfachsten Schemata.

Die Folie kann auch chemisch entfernt werden: Es reicht aus, die Platte in eine Lösung einzutauchen, die Kupfer angreift (meistens wird eine Eisenchloridlösung verwendet). Erst zuvor müssen die Teile des Kupfers (zukünftige stromführende Leiter), die erhalten bleiben müssen, vor dem Lösungsmittel geschützt werden. Als solches Schutzmittel wird manchmal Lack verwendet, aber es ist bequemer, Spuren mit einem speziellen Marker zu zeichnen. Auch in der Praxis der Elektronikingenieure hat sich die sogenannte Laser-Bügel-Technologie (LUT) verbreitet. Bei dieser Methode wird das Muster zukünftiger stromführender Leiter auf einem Laserdrucker auf Spezialpapier gedruckt. Anschließend wird das Papier auf den Glasfaserrohling aufgetragen und dieses „Sandwich“ gebügelt. Dadurch verbleiben die Tonerpartikel auf dem Rohling und werden anschließend nicht mit einem Lösungsmittel geätzt.

Das Entfernen der Folie wird als Beizen bezeichnet. Das Ätzen wird je nach Konzentration und Temperatur der Lösung von einigen Minuten bis zu einer Stunde fortgesetzt. Nach dem Ende des Prozesses wird die Platte mit Wasser gewaschen und die Schutzverbindung entfernt, unter der Kupferleiter verbleiben sollten.

Anschließend werden Löcher für die Ausgänge der Komponenten gebohrt. Üblicherweise werden Mikrobohrer und Bohrer mit einem Durchmesser von 0,8 ... 1 mm verwendet. Kupfer oxidiert schnell an der Luft, was das Löten erschwert. Daher muss die Platte unmittelbar vor dem Löten mindestens mit einem feinen Schleifpapier gereinigt werden, wodurch die Oxidschicht entfernt wird. Am besten bedecken Sie die Kupferleiter jedoch mit einer Schutzmasse - einer Lotschicht. Dieser Vorgang wird als Verzinnen bezeichnet und ermöglicht es Ihnen, ein hohes Maß an Eignung der Platine für das Löten über mehrere Jahre aufrechtzuerhalten.

Unter Produktionsbedingungen wird auch eine sogenannte Lötmaske auf stromführende Spuren aufgebracht - eine Schicht aus Schutzmaterial. Diese Schicht schützt Strompfade vor versehentlichen Kurzschlüssen und Beschädigungen. Nur Kontaktflächen bleiben maskenfrei, was das Löten erleichtert.

Ein weiterer technischer Prozess - der Siebdruck - besteht darin, auf der Vorderseite der Tafel spezielle Farbmarkierungen und Beschriftungen anzubringen. Dies vereinfacht die Lebensdauer von Leiterplatteninstallateuren und Reparaturspezialisten.

Zu Hause ist es jedoch schwierig, eine Lötmaske und einen Siebdruck aufzutragen, daher werden wir dies nicht tun.

Alles, die Leiterplatte ist fertig. Danach werden alle Komponenten auf der Platine montiert und anschließend verlötet. Dann wird das resultierende Design abgestimmt und getestet. In modernen Fabriken werden die meisten dieser Prozesse von Industrierobotern ausgeführt, aber wir sind Menschen, also werden wir alles mit unseren eigenen Händen tun.

Die lang erwartete Praxis.

Es ist viel interessanter, nicht nur eine langweilige Leiterplatte herzustellen, sondern eine Leiterplatte, auf deren Grundlage Sie ein praktisch nützliches Gerät zusammenbauen können. Wir werden das einfachste elektrische Musikinstrument herstellen - ein Spielzeugklavier mit 8 Tasten.

Materialien und Komponenten, die wir benötigen:

- vorgefertigtes Folienfaserglas mit Abmessungen von mindestens 10x15 cm;
- einen Marker (vorzugsweise lackiert) oder Nagellack zum Schutz lebender Pfade (der Marker ist in Schreibwarengeschäften erhältlich und leiht den Lack von Mutter / Freundin / Frau aus);
- Eisenchlorid - ein Pulver mit einem Gewicht von 100 Gramm reicht für die Augen;
- Bohren und Bohren mit einem Durchmesser von 0,8, 1,0 und 1,2 mm;
- Nichtmetallisches Bad (tiefe Schüssel) - unser Werkstück sollte hineinpassen. Es ist besser, einen alten unnötigen Behälter zu finden, da er nach unseren Experimenten wahrscheinlich weggeworfen oder weiter zum Ätzen verwendet werden muss.
- Gummihandschuhe zum Schutz unserer Hände vor Mörtel.

Beachten Sie, dass im Master Kit NN201 eingestelltEnthält ein Werkstück mit bereits gebohrten Löchern, einen speziellen Filzstift und ein wunderschönes rotes Glas Eisenchlorid mit einem Gewicht von 100 g. Das Kit wird in einer Plastikblase geliefert, die als hervorragende Ätzschale dient!

Zum Löten benötigen Sie:

- einen Lötkolben, Seitenschneider, Lötmittel, Flussmittel;
- Funkkomponenten, von denen eine Liste unten angegeben ist.

Alles, was Sie brauchen, finden Sie in Radiogeschäften oder Haushaltswaren.

Layoutdiagramm der stromführenden Leiter der Leiterplatte (Ansicht von der Seite der Folie):


Vorbereiten der Leiterplatte zum Ätzen

Wir reinigen die Leiterplatte von der Seite der Kupferschicht mit feinkörnigem Schmirgelpapier (in extremen Fällen reicht ein Radiergummi aus) und entfetten sie mit Alkohol oder Benzin.

Wir bringen die Schablone auf die Leiterplatte an und bohren an den erforderlichen Stellen Löcher.

Wir zeichnen mit einem Marker eine Zeichnung von Leitern und Lötpads, wobei wir uns auf den Schaltplan und die gebohrten Löcher konzentrieren und versuchen, die Folie nicht zu stark mit den Händen zu „schlagen“ (daher ist es ratsam, mit Fadenhandschuhen zu arbeiten). Im Fehlerfall lässt sich der Marker leicht mit Alkohollösungen abwaschen. Die Abmessungen der Kontaktflächen für die Befunde der Teile können vergrößert werden (sofern der Platz dies zulässt).

Es ist praktisch, Zeichnungen mit einem Lineal in zwei Ebenen anzuwenden. Nach dem Zeichnen der Zeichnungen müssen Sie die Platte etwa 10 Minuten lang trocknen lassen, dann die Platte untersuchen und mögliche Fehler beheben: Zeichnen Sie dort, wo sich die Schicht als dünn herausgestellt hat, und kratzen Sie mit der Ahle oder der dicken Nadel die Stellen ab, an denen die Spuren oder Pads fehlerhaft zusammengeführt wurden.

Vorbereitung der Lösung und Vorsichtsmaßnahmen

Nun sollten Sie eine Lösung von Eisenchlorid vorbereiten. Zu diesem Zweck sollten 100 g Eisenchlorid in etwa 200 bis 250 g (eine Tasse) warmem Wasser gerührt werden. Es ist nicht notwendig, alles auf ein Gramm genau zu messen: Der Prozess wird fortgesetzt und bei einem leicht unterschiedlichen Verhältnis von Eisenchlorid und Wasser müssen Sie nur berücksichtigen, dass die Ätzzeit der Platte von der Konzentration der Lösung und ihrer Temperatur abhängt.

Bei der Vorbereitung der Lösung müssen die grundlegenden Sicherheitsregeln beachtet werden:

• Arbeiten Sie in Gummihandschuhen in einem belüfteten Bereich !;
• Lehnen Sie sich nicht in die Nähe der Lösung: Es werden schädliche Dämpfe freigesetzt!
• Wenn die Lösung auf Gegenstände fällt, hinterlässt sie unauslöschliche rostige Stellen. Daher sollte darauf geachtet werden, dass Pulver oder Lösung nicht auf umgebende Gegenstände fallen!
• Bereiten Sie die Lösung in einer Glas- oder Plastikschale vor, aber nicht in Metall. Die Lösung korrodiert!
• Rühren Sie die Lösung mit Plastik (Einweglöffel sind sehr praktisch) oder Holzgegenständen (einem unnötigen Bleistift).
• die optimale Temperatur der Lösung beträgt 45-50 Grad;

Jetzt ist alles bereit für den Ätzprozess der Platine.

Board Radierung

• Gießen Sie eine Lösung von Eisenchlorid in den Behälter;
• Legen Sie die Platte vorsichtig mit der Folie nach oben in die Lösung, so dass die Lösung mit einem Rand von 5-7 mm die gesamte Platte bedeckt.
• Die Dauer des Prozesses hängt von der Temperatur und Konzentration der Lösung ab und dauert 10 bis 30 Minuten. Um die Ätzzeit zu verkürzen, ist es ratsam, den Blister so zu schütteln, dass die Lösung an den Kontaktpunkten mit der Folie gemischt und frisch ist.
• : , , ;
• , ;
• ( !) . , , , ! ;
• , , ;
• , ;
• , , , : , ;
• (. ). , , . . !

(, )

• () -120;
• ;
• , ;
• – , , , . : , . .
• : ;
• . , , ;
• .

Überprüfen Sie, ob die Spuren korrekt sind. Wenn immer noch Fehler vorliegen, können diese durch Schneiden unnötiger Spuren mit einem scharfen Messer oder durch Löten anstelle fehlender Drahtstücke behoben werden.

Jetzt kann die Platine die Komponenten installieren und löten.

Beschreibung des Schaltungsbetriebs

Betrachten Sie die Schaltung unseres Entwurfs.
Die Schaltung basiert auf dem bekannten NE555-Chip. Die Mikroschaltung wird gemäß der klassischen Generatorschaltung eingeschaltet, deren Frequenz durch die Kapazität C1 und den Widerstand zwischen dem Stift „2“ der Mikroschaltung und der Stromversorgung „+“ bestimmt wird. Wenn die Tasten SW1 ... SW8 gedrückt werden, sind unterschiedliche Abstimmwiderstände in der Frequenzeinstellschaltung der Mikroschaltung enthalten - dementsprechend gibt der BA1-Lautsprecher Töne unterschiedlicher Tonalität ab. Infolgedessen können selbst mit einem solchen elementaren Musikinstrument viele einfache Melodien gespielt werden.

Die Instrumentenabstimmung erfolgt mit den Trimmwiderständen VR1 ... VR8.

Schematische Darstellung:



Installationsdiagramm (Ansicht von der Seite der Teile):



Wir benötigen die folgenden Teile, die im Radiogeschäft erhältlich sind. Alle diese Details sind Teil des NN201-Kits:

1. IC1 (Mikroschaltung) NE555P 1 Stck.
2. C1 (Elektrolytkondensator) 10 μF 1 Stck.
3. C2 (Keramikkondensator) 0,1 μF 1 Stck.
4. R1, R2 (konstante Widerstände) 10K 0,25W 2 Stck.
5. SW1-SW8 (Tasten) B3F4005 8 Stk.
6. R3-R10 (Abstimmwiderstände) 3362P-1-103LF 8 Stck.
7. SP1 (Lautsprecher) 0,5 W 8R 1 Stck.
8. B1 (Batterieklemmen) 1 Stck.

Platinenmontage und Löten

• Installieren Sie alle Komponenten auf der Platine und konzentrieren Sie sich dabei auf die Liste und den Schaltplan.
• ( , ) ( «-»; «+» );
• , ;
• . 2-3 .
• ;
• : , .

Einschalten und Einstellen Wir

verbinden einen dynamischen Kopf und eine Krona-Batterie mit der Schaltung. Wenn die Platine korrekt hergestellt und das Löten korrekt durchgeführt wurde, sollte der Lautsprecher beim Klicken auf die einzelnen Tasten den Ton wiedergeben. Jetzt muss der Stimmungston der VR1-VR8-Widerstände für jede der acht Tasten angepasst werden, wobei der Schwerpunkt auf einem echten Klavier oder Synthesizer (Sie können das entsprechende Programm auf Ihrem Telefon oder Tablet installieren) oder Ihrem eigenen Gehör liegt.

Das Setup sollte mit einem VR8-Widerstand beginnen. Es entspricht dem höchsten Ton. Drücken Sie die SW8-Taste und drehen Sie den VR8-Widerstand mit einem dünnen Schraubendreher. Der Ton aus dem Lautsprecher sollte einer Note der zweiten Oktave entsprechen, z. B. To. Die nächste Note sollte einen Halbton tiefer sein - das C der ersten Oktave. Drücken Sie die Taste SW7 und drehen Sie den Widerstand SW7. Die nächste Note ist mit jeder Taste um einen Ton niedriger und so weiter. Nachdem Sie alle acht Noten gestimmt haben, erhalten Sie eine volle Oktave.

Jetzt können Sie das Ergebnis der Arbeit genießen und versuchen, einige einfache Stücke zu spielen!

Anhang: Fotogalerie des Ätzprozesses der Platte

1. Die gereinigte Platte mit Löchern.



2. Eine Tafel mit einer Zeichnung von Leitern mit einem Filzstift.



3. Unmittelbar nach dem Eintauchen in eine Blisterpackung mit einer Eisenchloridlösung geben. Die Temperatur der Lösung beträgt ca. 45 Grad.



4. Der Beginn des Ätzprozesses - Die Kanten der Platte und die Platte um die Löcher werden zuerst geätzt (nach ca. 5 Minuten).



5. Fortsetzung des Prozesses - nach ca. 10 Minuten. Vergessen Sie nicht, die Blase zu schwenken, um das Ätzen zu beschleunigen.



6. Das Ätzen ist fast abgeschlossen, es gibt kleine Bereiche mit einer dünnen Folienschicht. Nach ca. 15 Minuten



7. Das Ätzen ist abgeschlossen. Nach ca. 20 Minuten



8. Waschen Sie die Leiterplatte, bis die Spuren des



Filzstifts entfernt sind. 9. Die Spuren des Filzstifts werden entfernt. Die Leiter sind noch nicht verzinnt.



10. Das Flussmittel wird auf die Leiter aufgebracht, wonach sie verzinnt werden.



11. Die Leiter werden verzinnt, das Flussmittel gewaschen. Die Platine ist bereit zum Installieren und Löten von Komponenten.



12. Blick von der Lötseite nach der Installation der Komponenten.



13. Das Gerät ist zusammengebaut.

Source: https://habr.com/ru/post/de385695/