Electrónica 100% hecha a mano para principiantes

El artículo describe algunas de las etapas de la fabricación manual de dispositivos electrónicos, y especialmente en detalle sobre la primera etapa: la fabricación de una placa de circuito impreso. Las fotos detalladas del proceso ayudarán a comprender los detalles. Y para el postre, para consolidar el material teórico, ensamblaremos el piano electrónico más simple en el temporizador integrado NE555.

Prólogo

Todos somos consumidores de dispositivos electrónicos: teléfonos, tabletas, televisores, etc. Pero solo uno de cada mil puede imaginar más o menos cómo funciona "de adentro hacia afuera", y solo la élite es realmente capaz de crear un diseño electrónico desde cero con sus propias manos. Te invitamos a unirte al club de la élite. ¡Lea este material y, si le interesa, intente dominar la electrónica artificial!

Aquellos de ustedes que encuentran la fuerza para leer el artículo hasta el final pueden declararse orgullosamente "Entiendo algo en la producción de productos electrónicos", e incluso aquellos que logran la hazaña y dominan el ensamblaje del diseño propuesto son bastante dignos de recibir el título de "Ingeniero Real de Electrónica" Profi ”(bueno, casi).

Esta clase maestra se basa en un conjunto de Master Kit NN201, que incluye piezas y materiales necesarios para la fabricación de una placa de circuito impreso y piano electrónico. Por supuesto, si lo desea, todos los materiales y herramientas se pueden comprar de forma independiente, solo tiene que pasar tiempo buscando y comprando los componentes necesarios.

El mínimo teórico necesario

Cualquier diseño electrónico contiene docenas e incluso cientos y miles de componentes: resistencias, condensadores, diodos, microcircuitos, etc. Todos estos componentes deben de cierta manera estar interconectados eléctrica y mecánicamente.

Los circuitos más simples pueden soldarse "en la rodilla" mediante montaje en la pared, pero este diseño es feo, confuso y tiene dudosa rigidez mecánica. Por lo tanto, en cualquier diseño electrónico serio debería haber algo como un chasis en el que se montan todos los detalles. En diferentes años, el chasis también estaba hecho de metal, cartón o madera contrachapada, pero en los últimos 20-30 años, la placa de circuito impreso ha sido el estándar tecnológico del chasis.

Una placa de circuito impreso es una lámina de material dieléctrico en la superficie de la cual, en una configuración específica, se aplican tiras de material conductor (generalmente lámina). La base de vidrio se usa con mayor frecuencia como base: no es combustible, tiene altas propiedades dieléctricas y es económica. En fibra de vidrio, se perforan agujeros en los que se pasan las conclusiones de las partes. En el reverso de la placa, los terminales están soldados a los conductores de cobre, que están configurados de cierta manera. Gracias a la soldadura, los componentes se fijan mecánicamente a la placa, y gracias a las rutas conductoras de cobre, los cables de las piezas están conectados eléctricamente entre sí.

Por supuesto, los conductores de cobre se pueden pegar a la placa de fibra de vidrio en los lugares necesarios. Pero es tecnológicamente más simple hacer lo contrario: tome una hoja de PCB con una capa continua de papel de aluminio ya pegada y retire el papel de lugares innecesarios.

Puede quitar la lámina de secciones innecesarias mecánicamente: haciendo una ranura con un cuchillo afilado en las secciones necesarias. Sin embargo, este método lleva mucho tiempo, es traumático y es principalmente adecuado para los esquemas más simples.

La lámina también se puede quitar químicamente: es suficiente sumergir la placa en una solución que corroe el cobre (con mayor frecuencia, se usa una solución de cloruro férrico). Solo anteriormente es necesario proteger del solvente aquellas partes del cobre (futuros conductores que transportan corriente) que deben preservarse. Como tal agente protector, a veces se usa barniz, pero es más conveniente dibujar pistas con un marcador especial. También en la práctica de los ingenieros electrónicos, la llamada tecnología de planchado láser (LUT) se ha generalizado. Con este método, el patrón de los futuros conductores que transportan corriente se imprime en una impresora láser en papel especial. Luego, el papel se aplica al blanco de fibra de vidrio y se plancha este "emparedado": como resultado, las partículas de tóner permanecen en el blanco y posteriormente no se grabarán con un solvente.

El proceso de eliminación de la lámina se llama decapado. El grabado continúa dependiendo de la concentración y la temperatura de la solución desde varios minutos hasta una hora. Después del final del proceso, la placa se lava con agua y se retira el compuesto protector, debajo del cual deben permanecer los conductores de cobre.

Luego, se taladran agujeros para las salidas de los componentes. Por lo general, se utilizan micro taladros y taladros con un diámetro de 0,8 ... 1 mm. El cobre se oxida rápidamente en el aire, y esto complica su soldadura. Por lo tanto, inmediatamente antes de soldar, la placa debe limpiarse al menos con un papel de lija fino, eliminando así la capa de óxido. Pero es mejor cubrir los conductores de cobre con un compuesto protector, una capa de soldadura. Este proceso se llama estañado, y le permite mantener un alto grado de idoneidad de la placa para soldar durante varios años.

En condiciones de producción, una denominada máscara de soldadura también se aplica sobre pistas que transportan corriente, una capa de material protector. Esta capa protege las rutas actuales de cortocircuitos accidentales y daños. Solo las almohadillas de contacto permanecen sin máscara, lo que facilita la soldadura.

Otro proceso técnico, la serigrafía, implica la aplicación en el lado "frontal" del tablero con marcas de pintura e inscripciones especiales. Esto simplifica la vida de los instaladores de placas de circuitos y especialistas en reparación.

Pero en casa es difícil llevar a cabo los procesos de aplicación de una máscara de soldadura y serigrafía, por lo que no haremos esto.

Todo, la placa de circuito está lista. Después de eso, todos los componentes se montan en la placa y luego se sueldan. Luego, el diseño resultante se ajusta y se prueba. En las fábricas modernas, la mayoría de estos procesos son realizados por robots industriales, pero somos personas, por lo que haremos todo con nuestras propias manos.

La práctica tan esperada:

es mucho más interesante hacer no solo una placa de circuito impreso aburrida, sino una placa de circuito sobre la cual se puede ensamblar un dispositivo prácticamente útil. Haremos el instrumento musical eléctrico más simple: un piano de juguete con 8 teclas.

Materiales y componentes que necesitaremos:

- lámina de fibra de vidrio prefabricada con dimensiones de al menos 10x15 cm;
- un marcador (preferiblemente lacado) o esmalte de uñas para proteger los caminos vivos (el marcador se puede encontrar en las papelerías, y pedir prestado el barniz a mamá / novia / esposa);
- cloruro férrico: un polvo que pesa 100 gramos es suficiente para los ojos;
- taladrar y taladrar con un diámetro de 0.8, 1.0 y 1.2 mm;
- baño no metálico (recipiente profundo): nuestra pieza de trabajo debe caber en él. Es mejor encontrar algún recipiente viejo e innecesario, porque después de nuestros experimentos, probablemente tendrá que tirarlo o seguir usándolo para grabar;
- Guantes de goma para proteger nuestras manos del mortero.

Tenga en cuenta que en el conjunto Master Kit NN201incluye una pieza de trabajo con agujeros ya perforados, un rotulador especial y un hermoso frasco rojo de cloruro férrico con un peso de 100 g. ¡El kit viene en una ampolla de plástico que sirve como una excelente bandeja de grabado!

Para soldar, necesitará:

- un soldador, cortadores laterales, soldadura, fundente;
- componentes de radio, cuya lista se proporciona a continuación.

Todo lo que necesita se puede encontrar en tiendas de radio o artículos para el hogar.

Diagrama de diseño de los conductores que transportan corriente de la placa de circuito impreso (vista desde el lado de la lámina):


Preparación de la placa de circuito impreso para el grabado

Limpiamos la placa del lado de la capa de cobre con papel de lija de grano fino (en casos extremos, un borrador de tinta rugosa lo hará) y lo desengrasamos con alcohol o gasolina;

Aplicamos la plantilla a la placa de circuito impreso y perforamos agujeros en los puntos requeridos;

Dibujamos con un marcador un dibujo de conductores y almohadillas de soldadura, enfocándonos en el diagrama de cableado y los agujeros perforados, tratando de no "golpear" la lámina con las manos demasiado (por lo tanto, es recomendable trabajar con guantes de hilo). En caso de errores, el marcador se lava fácilmente con soluciones de alcohol. Las dimensiones de las almohadillas de contacto para los hallazgos de las partes se pueden hacer más grandes (donde el espacio lo permita).

Es conveniente aplicar dibujos con una regla, en dos capas. Después de dibujar los dibujos, debe dejar que el tablero se seque durante unos 10 minutos, luego inspeccionar el tablero y corregir posibles errores: dibuje donde la capa resultó ser delgada y raspe con el punzón o la aguja gruesa los lugares de la fusión errónea de las pistas o almohadillas.

Preparación de la solución y precauciones

Ahora debe preparar una solución de cloruro férrico. Para hacer esto, se deben agitar 100 gramos de cloruro férrico en aproximadamente 200-250 gramos (una taza) de agua tibia. No es necesario medir todo con precisión de un gramo: el proceso continuará y con una proporción ligeramente diferente de cloruro férrico y agua, solo debe tener en cuenta que el tiempo de grabado de la placa depende de la concentración de la solución y su temperatura.

Al preparar la solución, se deben observar las reglas básicas de seguridad:

• ¡trabaje con guantes de goma en un área ventilada!
• No se acerque a la solución: se liberan humos nocivos;
• Al caer sobre los objetos, la solución deja manchas oxidables indelebles, por lo tanto, se debe tener cuidado para evitar que el polvo o la solución caigan sobre los objetos circundantes.
• prepare la solución en un plato de vidrio o plástico, pero no en metal, ¡su solución se corroerá!
• agite la solución con plástico (las cucharas desechables son muy convenientes) u objetos de madera (un lápiz innecesario);
• la temperatura óptima de la solución es de 45-50 grados;

Ahora todo está listo para el proceso de grabado de la placa.

Aguafuerte

• Vierta una solución de cloruro férrico en el recipiente;
• coloque cuidadosamente la placa con la lámina hacia arriba en la solución de modo que la solución con un margen de 5-7 mm cubra toda la placa;
• La duración del proceso depende de la temperatura y la concentración de la solución y toma de 10 a 30 minutos. Para reducir el tiempo de grabado, es aconsejable agitar la ampolla para que la solución se mezcle y esté fresca en los puntos de contacto con la lámina;
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Verifique si las pistas son correctas. Si todavía hay errores, se pueden corregir cortando pistas innecesarias con un cuchillo afilado o soldando en lugar de faltar pedazos de alambre.

Ahora la placa está lista para instalar y soldar los componentes.

Descripción del funcionamiento del circuito

Considere el circuito de nuestro diseño.
El circuito se basa en el conocido chip NE555. El microcircuito se enciende de acuerdo con el circuito generador clásico, cuya frecuencia está determinada por la capacitancia C1 y la resistencia entre el pin "2" del microcircuito y la fuente de alimentación "+". Cuando se presionan los botones SW1 ... SW8, se incluyen diferentes resistencias de sintonización en el circuito de ajuste de frecuencia del microcircuito; en consecuencia, el altavoz BA1 emite sonidos de diferente tonalidad. Como resultado, incluso con un instrumento musical tan elemental, se pueden realizar muchas melodías simples.

El ajuste del instrumento se realiza con resistencias de corte VR1 ... VR8.

Diagrama esquemático: Diagrama de



instalación (vista desde el costado de las partes):



Necesitaremos las siguientes partes, que se pueden comprar en la tienda de radio; Todos estos detalles son parte del kit NN201:

1. IC1 (microcircuito) NE555P 1 ud.
2. C1 (condensador electrolítico) 10 μF 1 pc.
3. C2 (condensador de cerámica) 0.1 μF 1 pc.
4. R1, R2 (resistencias constantes) 10K 0.25W 2 uds.
5. SW1-SW8 (botones) B3F4005 8 uds.
6. R3-R10 (resistencias de sintonización) 3362P-1-103LF 8 uds.
7. SP1 (altavoz) 0.5W 8R 1 pc.
8. B1 (terminales de batería) 1 pc.

Montaje y soldadura de placas.

• instale todos los componentes en el tablero, enfocándose en la lista y el diagrama de cableado;
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Encendido y sintonización

Conectamos al circuito un cabezal dinámico y una batería Krona. Si la placa está hecha correctamente y la soldadura se realiza correctamente, cuando haga clic en cada uno de los botones, el altavoz debe reproducir el sonido. Ahora queda ajustar el tono de sintonización de las resistencias VR1-VR8 para cada uno de los ocho botones, enfocándose en un piano o sintetizador real (puede instalar el programa apropiado en su teléfono o tableta) o su propia audición.

La configuración debe comenzar con una resistencia VR8. Coincide con el tono más alto. Presione el botón SW8 y gire la resistencia VR8 con un destornillador delgado. El sonido del altavoz debe corresponder a alguna nota de la segunda octava, por ejemplo, To. La siguiente nota debería ser un semitono más bajo: la C de la primera octava. Presione el botón SW7 y gire la resistencia SW7, la siguiente nota es más baja por un tono, y así sucesivamente con cada botón. Después de afinar las ocho notas, obtienes una octava completa.

¡Ahora puedes disfrutar del resultado del trabajo e intentar tocar algunas canciones simples!

Apéndice: galería de fotos del proceso de grabado del tablero

1. El tablero limpio con agujeros.



2. Un tablero con un dibujo de conductores con un rotulador.



3. Tablero en una ampolla con una solución de cloruro férrico inmediatamente después de la inmersión. La temperatura de la solución es de aproximadamente 45 grados.



4. El comienzo del proceso de grabado: los bordes del tablero y el tablero alrededor de los agujeros se graban primero (después de aproximadamente 5 minutos).



5. Continuación del proceso - después de unos 10 minutos. No olvide balancear la ampolla para acelerar el grabado.



6. El grabado está casi terminado, hay pequeñas áreas con una fina capa de papel de aluminio. Después de unos 15 minutos.



7. Se completa el grabado. Después de unos 20 minutos.



8. Lavar la placa de circuito hasta que



se eliminen los restos del rotulador. 9. Se eliminan los restos del rotulador, los conductores aún no están estañados.



10. El fundente se aplica a los conductores, después de lo cual son estañados.



11. Los conductores son estañados, el fundente se lava. La placa está lista para instalar y soldar componentes.



12. Vista desde el lado de la soldadura después de instalar los componentes.



13. El dispositivo está ensamblado.

Source: https://habr.com/ru/post/es385695/