Électronique 100% fait main pour les débutants

L'article décrit certaines des étapes de la fabrication manuelle d'appareils électroniques, et notamment en détail la première étape: la fabrication d'une carte de circuit imprimé. Des photos détaillées du processus aideront à comprendre les détails. Et pour le dessert, pour consolider le matériel théorique, nous assemblerons le piano électronique le plus simple sur la minuterie intégrée NE555.

Prologue

Nous sommes tous consommateurs d'appareils électroniques: téléphones, tablettes, téléviseurs, etc. Mais seul un sur mille peut imaginer à peu près comment tout cela fonctionne "de l'intérieur", et seule l'élite est vraiment capable de créer un design électronique à partir de zéro de ses propres mains. Nous vous invitons à rejoindre le club de l'élite. Lisez ce matériel, et si cela vous intéresse, essayez-vous à maîtriser l'électronique artificielle!

Ceux d'entre vous qui trouvent la force de lire l'article jusqu'au bout peuvent se déclarer fièrement «Je comprends quelque chose dans la production de l'électronique», et même ceux qui accomplissent l'exploit et maîtrisent l'assemblage de la conception proposée méritent bien le titre de «Real Electronics Engineer» Profi »(enfin presque).

Cette master class est basée sur un ensemble de Master Kit NN201, qui comprend les pièces et les matériaux nécessaires à la fabrication d'une carte de circuits imprimés et d'un piano électronique. Bien sûr, si vous le souhaitez, tous les matériaux et outils peuvent être achetés indépendamment, vous n'avez qu'à passer du temps à rechercher et acheter les composants nécessaires.

Le minimum théorique nécessaire

Toute conception électronique contient des dizaines, voire des centaines et des milliers de composants: résistances, condensateurs, diodes, microcircuits, etc. Tous ces composants doivent d'une certaine manière être interconnectés électriquement et mécaniquement.

Les circuits les plus simples peuvent être soudés «sur le genou» par un montage mural, mais cette conception est laide, confuse et a une rigidité mécanique douteuse. Par conséquent, dans toute conception électronique sérieuse, il devrait y avoir quelque chose comme un châssis sur lequel tous les détails sont montés. Au cours des différentes années, le châssis était également en métal, en carton ou en contreplaqué, mais au cours des 20 à 30 dernières années, la carte de circuit imprimé a été la norme technologique du châssis.

Une carte de circuit imprimé est une feuille de matériau diélectrique sur la surface de laquelle, dans une configuration spécifique, des bandes de matériau conducteur (généralement une feuille) sont appliquées. La base en verre est le plus souvent utilisée comme base: elle est incombustible, a des propriétés diélectriques élevées et est peu coûteuse. En fibre de verre, des trous sont percés dans lesquels les conclusions des pièces sont passées. Sur le côté arrière de la carte, les bornes sont soudées aux conducteurs en cuivre, qui sont configurés d'une certaine manière. Grâce à la soudure, les composants sont fixés mécaniquement à la carte, et grâce aux chemins conducteurs en cuivre, les conducteurs des pièces sont connectés électriquement entre eux.

Bien entendu, les conducteurs en cuivre peuvent être collés sur la plaque en fibre de verre aux endroits nécessaires. Mais il est technologiquement plus simple de faire le contraire: prenez une feuille de PCB avec une couche continue de papier déjà collée et retirez la feuille des endroits inutiles.

Vous pouvez retirer le film des zones inutiles mécaniquement: en faisant un couteau tranchant, coupez dans les zones nécessaires. Cependant, cette méthode prend du temps, est traumatisante et convient principalement aux schémas les plus simples.

La feuille peut également être enlevée chimiquement: il suffit de plonger la planche dans une solution qui corrode le cuivre (le plus souvent, une solution de chlorure ferrique est utilisée). Ce n'est que précédemment qu'il est nécessaire de protéger du solvant les parties de cuivre (futurs conducteurs porteurs de courant) qui doivent être préservées. En tant qu'agent protecteur, le vernis est parfois utilisé, mais il est plus pratique de dessiner des traces avec un marqueur spécial. Toujours dans la pratique des ingénieurs en électronique, la technologie dite de repassage laser (LUT) s'est généralisée. Avec cette méthode, le motif des futurs conducteurs porteurs de courant est imprimé sur une imprimante laser sur du papier spécial. Ensuite, le papier est appliqué sur le flan en fibre de verre et repassé ce «sandwich»: en conséquence, les particules de toner restent sur le flan et ne seront pas ensuite gravées avec un solvant.

Le processus de retrait du film est appelé décapage. La gravure continue selon la concentration et la température de la solution de plusieurs minutes à une heure. Après la fin du processus, la carte est lavée à l'eau et le composé protecteur est retiré, sous lequel les conducteurs en cuivre doivent rester.

Ensuite, des trous sont percés pour les sorties des composants. Des micro-forets et des forets d'un diamètre de 0,8 à 1 mm sont généralement utilisés. Le cuivre s'oxyde rapidement dans l'air, ce qui complique sa soudure. Par conséquent, immédiatement avant le soudage, le panneau doit au moins être nettoyé avec un papier de verre fin, éliminant ainsi la couche d'oxyde. Mais il est préférable de couvrir les conducteurs en cuivre avec un composé protecteur - une couche de soudure. Ce processus est appelé étamage, ce qui vous permet de maintenir un haut degré d'adéquation de la carte pour le soudage pendant plusieurs années.

Dans les conditions de production, un masque dit de soudure est également appliqué sur les pistes conductrices de courant - une couche de matériau de protection. Cette couche protège les chemins de courant contre les courts-circuits accidentels et les dommages. Seuls les tampons de contact restent sans masque, ce qui facilite le soudage.

Un autre procédé technique - la sérigraphie - consiste à appliquer sur le côté «avant» de la planche avec des marques de peinture et des inscriptions spéciales. Cela simplifie la vie des installateurs de circuits imprimés et des spécialistes de la réparation.

Mais à la maison, il est difficile de réaliser les processus d'application d'un masque de soudure et de sérigraphie, nous ne le ferons donc pas.

Tout, le circuit imprimé est prêt. Après cela, tous les composants sont montés sur la carte, puis soudés. Ensuite, la conception résultante est réglée et testée. Dans les usines modernes, la plupart de ces processus sont exécutés par des robots industriels, mais nous sommes des personnes, nous ferons donc tout de nos propres mains.

La pratique tant attendue

Il est beaucoup plus intéressant de fabriquer non seulement une carte de circuit imprimé ennuyeuse, mais une carte de circuit imprimé sur la base de laquelle vous pouvez assembler un dispositif pratiquement utile. Nous fabriquerons l'instrument de musique électrique le plus simple - un piano jouet avec 8 touches.

Matériaux et composants dont nous aurons besoin:

- feuille préfabriquée en fibre de verre avec des dimensions d'au moins 10x15 cm;
- un marqueur (de préférence laqué) ou un vernis à ongles pour protéger les chemins vivants (le marqueur peut être trouvé dans les papeteries et emprunter le vernis à maman / petite amie / femme);
- chlorure ferrique - une poudre pesant 100 grammes suffit pour les yeux;
- percer et percer avec un diamètre de 0,8, 1,0 et 1,2 mm;
- bain non métallique (cuve profonde) - notre pièce doit y rentrer. Il est préférable de trouver un vieux contenant inutile, car après nos expériences, il devra probablement être jeté ou continuer à être utilisé pour la gravure;
- des gants en caoutchouc pour protéger nos mains du mortier.

Notez que dans le kit Master Kit NN201comprend une pièce avec des trous déjà percés, un stylo-feutre spécial et un beau pot rouge de chlorure ferrique pesant 100g. Le kit est livré dans un blister en plastique qui sert d'un excellent plateau de gravure!

Pour le soudage, vous aurez besoin:

- d'un fer à souder, de pinces coupantes, de soudure, de flux;
- composants radio, dont la liste est donnée ci-dessous.

Tout ce dont vous avez besoin peut être trouvé dans les magasins de radio ou les articles ménagers.

Schéma de configuration des conducteurs porteurs de courant de la carte de circuit imprimé (vue depuis le côté de la feuille):


Préparation de la carte de circuit imprimé pour la gravure

Nous nettoyons la carte du côté de la couche de cuivre avec du papier émeri à grains fins (dans les cas extrêmes, une gomme à encre rugueuse fera l'affaire) et la dégraisser avec de l'alcool ou de l'essence;

Nous appliquons le modèle sur la carte de circuit imprimé et forons des trous aux points requis;

Nous dessinons avec un marqueur un dessin de conducteurs et de plots à souder, en nous concentrant sur le schéma de câblage et les trous percés, en essayant de ne pas trop «gifler» le papier avec vos mains (il est donc conseillé de travailler avec des gants en fil). En cas d'erreur, le marqueur est facilement lavé avec des solutions alcoolisées. Les dimensions des plots de contact pour les constatations des pièces peuvent être agrandies (lorsque l'espace le permet).

Il est pratique d'appliquer des dessins à l'aide d'une règle, en deux couches. Après avoir dessiné les dessins, vous devez laisser la planche sécher pendant environ 10 minutes, puis inspecter la planche et corriger les éventuelles erreurs: tracez l'endroit où la couche s'est avérée mince et grattez avec le poinçon ou l'aiguille épaisse les endroits de la fusion erronée des pistes ou des tampons.

Préparation de la solution et précautions

Vous devez maintenant préparer une solution de chlorure ferrique. Pour ce faire, 100 grammes de chlorure ferrique doivent être agités dans environ 200-250 grammes (une tasse) d'eau tiède. Il n'est pas nécessaire de tout mesurer au gramme près: le processus se poursuivra et avec un rapport légèrement différent de chlorure ferrique et d'eau, il suffit de considérer que le temps de gravure de la planche dépend de la concentration de la solution et de sa température.

Lors de la préparation de la solution, les règles de sécurité de base doivent être respectées:

• travailler avec des gants en caoutchouc dans un endroit aéré!;
• Ne vous penchez pas près de la solution: des fumées nocives se dégagent!
• en tombant sur des objets, la solution laisse des taches rouillées indélébiles, par conséquent, il faut prendre soin d'empêcher la poudre ou la solution de tomber sur les objets environnants!;
• préparer la solution dans un plat en verre ou en plastique, mais pas dans du métal, sa solution se corrodera!;
• remuer la solution avec du plastique (des cuillères jetables sont très pratiques) ou des objets en bois (un crayon inutile);
• la température optimale de la solution est de 45 à 50 degrés;

Maintenant, tout est prêt pour le processus de gravure de la planche.

Gravure sur carton

• Versez une solution de chlorure ferrique dans le récipient;
• placer soigneusement la planche avec le papier d'aluminium dans la solution de sorte que la solution avec une marge de 5-7 mm recouvre toute la planche;
• la durée du processus dépend de la température et de la concentration de la solution et prend de 10 à 30 minutes. Pour réduire le temps de gravure, il est conseillé de secouer la plaquette afin que la solution soit mélangée et fraîche aux points de contact avec la feuille;
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Vérifiez si les pistes sont correctes. S'il y a encore des erreurs, elles peuvent être corrigées en coupant les pistes inutiles avec un couteau bien aiguisé ou en soudant au lieu de morceaux de fil manquants.

La carte est maintenant prête à installer et à souder les composants.

Description du fonctionnement du circuit

Considérez le circuit de notre conception.
Le circuit est basé sur la puce NE555 bien connue. Le microcircuit est mis sous tension selon le circuit générateur classique dont la fréquence est déterminée par la capacité C1 et la résistance entre la broche «2» du microcircuit et l'alimentation «+». Lorsque les boutons SW1 ... SW8 sont enfoncés, différentes résistances d'accord sont incluses dans le circuit de réglage de fréquence du microcircuit - en conséquence, le haut-parleur BA1 émet des sons de tonalité différente. En conséquence, même avec un instrument de musique aussi élémentaire, de nombreuses mélodies simples peuvent être interprétées.

Le réglage de l'instrument se fait avec les résistances de réglage VR1 ... VR8.

Schéma: Schéma d'



installation (vue du côté des pièces):



Nous aurons besoin des pièces suivantes, qui peuvent être achetées au magasin de radio; Tous ces détails font partie du kit NN201:

1. IC1 (microcircuit) NE555P 1 pc.
2. C1 (condensateur électrolytique) 10 μF 1 pc.
3. C2 (condensateur céramique) 0,1 μF 1 pc.
4. R1, R2 (résistances constantes) 10K 0,25W 2 pcs.
5. SW1-SW8 (boutons) B3F4005 8 pcs.
6. R3-R10 (résistances d'accord) 3362P-1-103LF 8 pcs.
7. SP1 (haut-parleur) 0,5W 8R 1 pc.
8. B1 (bornes de batterie) 1 pc.

Montage et soudage de cartes

• installer tous les composants sur la carte, en se concentrant sur la liste et le schéma de câblage;
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Mise en marche et réglage Nous

connectons au circuit une tête dynamique et une batterie Krona. Si la carte est faite correctement et que la soudure est effectuée correctement, alors lorsque vous cliquez sur chacun des boutons, le haut-parleur doit reproduire le son. Reste maintenant à régler la tonalité d'accord des résistances VR1-VR8 pour chacun des huit boutons, en se concentrant sur un vrai piano ou synthétiseur (vous pouvez installer le programme approprié sur votre téléphone ou tablette) ou sur votre propre audition.

La configuration doit commencer par une résistance VR8. Il correspond au ton le plus aigu. Appuyez sur le bouton SW8 et tournez la résistance VR8 avec un tournevis fin. Le son du haut-parleur doit correspondre à une note de la deuxième octave, par exemple To. La note suivante devrait être un demi-ton plus bas - le Do de la première octave. Appuyez sur le bouton SW7 et tournez la résistance SW7, la note suivante est plus basse d'un ton, et ainsi de suite avec chaque bouton. Après avoir accordé les huit notes, vous obtenez une octave complète.

Vous pouvez maintenant profiter du résultat du travail et essayer de jouer des morceaux simples!

Annexe: galerie de photos du processus de gravure de la planche

1. La planche nettoyée avec trous.



2. Une planche avec un dessin de conducteurs avec un feutre.



3. Placer sous blister avec une solution de chlorure ferrique immédiatement après l'immersion. La température de la solution est d'environ 45 degrés.



4. Le début du processus de gravure - les bords de la planche et la planche autour des trous sont gravés en premier (après environ 5 minutes).



5. Poursuite du processus - après environ 10 minutes. N'oubliez pas de balancer le blister pour accélérer la gravure.



6. La gravure est presque terminée, il y a de petites zones avec une fine couche de papier d'aluminium. Après environ 15 minutes



7. La gravure est terminée. Après environ 20 minutes



8. Carte de circuit imprimé lavée jusqu'à ce que les traces de



feutre soient enlevées. 9. Traces de feutre sont enlevées, les conducteurs ne sont pas encore étamés.



10. Le flux est appliqué aux conducteurs, après quoi ils sont étamés.



11. Les conducteurs sont étamés, le flux lavé. La carte est prête à installer et à souder des composants.



12. Vue du côté soudure après l'installation des composants.



13. L'appareil est assemblé.

Source: https://habr.com/ru/post/fr385695/