16 октября 2014 в 03:15

Монтаж накруткой. Самодельная макетная плата

• DIY или Сделай сам

В прошлой статье мы рассмотрели технологию монтажа накруткой. Но практика - критерий истины. К тому же задал конкретный вопрос о том, как же быть с деталями? Ясно, что детали ставятся на плату с одной стороны, а все соединения происходят с другой стороны (вроде бы логично, но как?). Для монтажа накруткой есть готовые платы , но они очень дорогие.

В этой статье я покажу свое решение, как макетировать накруткой, на плате, которую я сделал сам буквально за пару часов.

Первые трудные шаги

В конце первой части я рассказывал о практическом применении и проблемах, с которыми столкнулся. Сейчас я разрабатываю проект синтезатора на ПЛИС и нахожусь в процессе постоянных экспериментов, поэтому схемотехника меняется постоянно. Постоянно требуются перекоммутации. Если внутри ПЛИС достаточно перебросить сигналы на другие выводы, то на плате все происходит не так быстро. Именно для того, чтобы повысить скорость изменения схемы, ее надежность и устойчивость к многократным переделкам, я и взялся за монтаж накруткой. Но не все так гладко.

Мой проект состоит из двух плат: плата, на которой расположена микросхема ПЛИС и плата расширения для нее - синтезатор. Соединяются платы через 40 штырьковый разъем с помощью шлейфа. Дальше всю схему на плате расширения я делал поверхностным монтажом. То есть провода припаивались прямо к штырькам разъема. А для того, чтобы перейти на монтаж накруткой, мне нужно вывести эти 40 линий на сторону платы, где будут штыри. Туда же, для примера, я вывожу, допустим 8 резисторов по 10 КОм. Делаю так, как и решил ранее. Вставляю стойки в плату. Сверху к стойкам припаиваю радиоэлементы. В случае с разъемом пришлось паять провода. Получилось все очень плохо: долго, не надежно, не удобно, не красиво. К тому же стойки очень плохо лудились и паять к ним было очень сложно.

Сверху штырьки для перехода на Wire Wrap. Под ними разьем. И 20 бубликов - провод. Ниже 8 резисторов, припаяных к стойкам

То же - с другой стороны: верхний ряд - стойки разьема, ниже - два ряда стойки к которым припаяны резисторы

Потратив 3 часа и сделав только половину работы всего лишь по разьему, и кое как припаяв 8 резисторов, с грустными мыслями я пошел спать.

Мыслей было две:
1) я не правильно провожу монтаж элементов
2) нужно что-то решить с тем, что стойки плохо лудятся

И перед сном на меня снизошло озарение!

Концепт платы

Готовые платы Wire Wrap обычно сделаны по такому принципу.

С одной стороны устанавливаются элементы

А с другой стороны это все выходит штырьками

Длинными штырьками. И кроме штырьков на той стороне вообще ничего нет.

И почему же я так не делаю? Зачем я продеваю стойки, никак их не закрепляю, а радиоэлементы припаиваю на стойки?

Это же бред! Радиоэлементы надо паять как раз на макетную плату как обычно, а штыри выводить на другую сторону, где нет медных проводников!

Осталось только решить проблему с лужением. Вопрос решился с помощью флюса Ф38Н. Я вообще не понимаю, как я жил раньше без него!

Делаем!

Берем кривые китайские платы:

Паяльник (у меня автомобильный 12 вольтовый с ЗУ от туда же), третья рука, мой любимый припой - ПОС-61 1.5мм метра два, и открытие этой осени - Ф38Н, еще там тонкая трубочка, в которую я набирал кислоту и наносил ее на стойки.

Отпиливаем с платы лишнее, шкурим, обезжириваем. Лудим стойки. Устанавливаем на плату и пропаиваем. Благодаря флюсу и ПОС-61 в катушке, паять было одно удовольствие! Быстро и красиво.

С торца платы я делаю из стоек две полосы по 20. Это разъем для соединения с платой ПЛИС. Там же два провода - питание.

Весь остальной монтаж на плате служит исключительно для прототипирования нужной мне схемы.

Со стороны печатного монтажа будем припаивать дискретные элементы: микросхемы, резисторы, конденсаторы и там же соединять их с одной из стоек. А еще лучше припаять панельки и все элемнты оперативно вставлять в них

А с другой стороны уже соединять элементы накруткой (справа две линии - это питание).

ВАЖНЫЙ МОМЕНТ!

При переходе на монтаж накруткой нужно немного переключить свое мышление и начать делать именно монтаж накруткой. Уходить от поверхностного монтажа и по возможности от пайки. Мне это сделать с первого раза не получилось. И сейчас, когда я сделал новую плату, я чуть опять не начал допускать те же ошибки. Вот пример: нужно из входа-разъема перенести все 40 линий на первую линию стоек. Что я собрался делать? Конечно! Припаять провод от разъема к первой линии. Но это ошибка. Так делать не нужно. Вообще не нужно перебрасывать все 40 линий. Нужно только те, что потребуются в данной схеме (1) . И вместо пайки мы можем применить монтаж накруткой. Стойки большие, после установки шлейфа под ним достаточно место, чтобы накрутить провод(2).

(Несколько дней спустя).

Так сейчас выглядит плата. За эти дни она несколько раз поменялась, но все изменения давались легко и быстро.
Вид со стороны монтажа накруткой:

Вид со стороны монтажа элементов (извините, что так пёстро):

Вывод. Такой способ макетирования мне подходит и я буду использовать его в дальнейшем. Попробуйте!

В распоряжении имеется заводская макетная плата вот такого типа:

Она не нравится мне по двум причинам:

1) При монтаже деталей приходится постоянно вертеть туда-сюда, чтоб сначала поставить радиодеталь, а потом припаять проводник. На столе ведёт себя неустойчиво.

2) После демонтажа отверстия остаются залиты припоем, перед следующим использованием платы приходится их прочищать.

Поискав в интернете различные виды макетных плат, которые можно сделать своими руками и из доступных материалов, наткнулся на несколько интересных вариантов, один из которых решил повторить.

Вариант №1

Цитата с форума: «Я, например многие годы, использую вот такие самодельные макетные платы. Собраны из куска стеклотекстолита, в который наклёпаны медные штырьки. Такие штырьки можно либо купить на радиорынке, либо изготовить самому из медной проволоки диаметром 1,2-1,3 мм. Более тонкие штырьки слишком сильно гнутся, а более толстые забирают слишком много тепла при пайке. Эта «макетка» позволяет многократно использовать самые затрапезные радиоэлементы. Соединения лучше делать проводом во фторопластовой изоляции МГТФ. Тогда однажды изготовленных концов хватит на всю жизнь.»

Думаю, что такой вариант подойдёт мне больше всего. Но стеклотекстолита и готовых медных штырьков в наличии не имеется, так что сделаю немного по-другому.

Медную проволоку добыл из провода:

Зачистил изоляцию и при помощи нехитрого ограничителя наделал штырьков одинаковой длины:

Диаметр штырьков — 1 мм .

За основу платы взял фанеру толщиной 4 мм (чем толще, тем крепче будут держаться штырьки ):

Чтобы не мучиться с разметкой, скотчем наклеил на фанеру разлинованную бумагу:

И просверлил отверстия с шагом 10 мм сверлом диаметром 0.9 мм :

Получаем ровные ряды отверстий:

Теперь нужно забить штырьки в отверстия. Так как диаметр отверстия меньше диаметра штырька, соединение получится внатяг и штырь будет плотно зафиксирован в фанере.

При забивании штырьков под низ фанеры нужно подложить металлический лист. Штырьки забиваются лёгкими движениями, и когда звук изменится, значит, штырь достиг листа.

Чтобы плата не ёрзала, делаем ножки:

Приклеиваем:

Макетная плата готова!

Таким же методом можно сделать плату для поверхностного монтажа (фото из интернета, радиоприёмник):

Ниже для полноты картины я приведу несколько годных конструкций, найденных в интернете.

Вариант №2

В отрезок доски забиваются канцелярские кнопки с металлической головкой:

Осталось только залудить их. Омеднёные кнопки лудятся без проблем, а вот со стальными .

Макетная плата . Наверняка многие и вас не понаслышке знают, что это такое. А кто-то недавно столкнулся с этим понятием. Если выражаться простым языком, макетная плата - это кусок текстолита или прочего электропроводящего материала, разделенный на квадратики или другие фигуры. Впоследствии на эти «квадратики» припаивают детали. На макетной плате очень удобно отлаживать схемы. Ее главное отличие от печатной платы - отсутствие отверстий, которые мешают быстро заменять нерабочую деталь при наладке схемы. Чтобы не переводить текстолит на печатную плату сначала нужно удостовериться в работоспособности схемы и собрать ее на «макетке». И если схема будет удачно повторена, то в таком случае можно уже вытравливать печатную плату и производить монтаж деталей на ней.

Итак, начинаем наш мастер-класс по самостоятельному изготовлению макетной платы . У кого есть деньги, тот купит уже готовую, из Китая, но мы с вами привыкли все делать своими руками! Сразу скажу, макетную плату вы делаете один раз - на несколько лет! То есть она многоразовая и на ней можно отладить десятки, а то и сотни электросхем. Для самостоятельного изготовления «макетки» нам понадобится небольшой кусочек любого, одностороннего или двухстороннего текстолита. Размеры вы выбираете сами, как вам удобно. Я взял примерно 10*15 см. Так же нам будет нужен резак, для того чтобы разрезать медную фольгу на квадратики. У меня такового не оказалось, поэтому использовал обычный канцелярский нож. Линейка, для предварительной разметки платы ну и паяльник, для нанесения олова на эти самые квадратики. На фото разметил текстолит на квадраты размером 5*5 мм.

Когда разметка закончена, приступаем непосредственно к разрезанию. Я прикладывал линейку плотно к текстолиту и водил ножом туда-сюда, потом можно пару раз провести острой отверткой. Так сказать для закрепления.

Дорожки полностью прорезаны. Теперь можно приступать к зачистке платы. Для этих целей использовал обыкновенную «нулевку» - очень мелкую шкурку. Давим не сильно, иначе сдерете всю медь !

После того, как плата заблестит, что означает ее очистку от грязи и окислов, поверхность необходимо дополнительно обезжирить спиртом. Если его у вас в арсенале его не имеется, то подойдет любая жиро-удаляющая жидкость типа ацетона и тому подобное.

Все - процесс приготовления завершен. Приступаем к лужению платы. Канифоль взял сухую и паяльник с плоским жалом, им удобнее.

После того, как макетная плата будет полностью покрыта оловом, ещё раз внимательно проверьте ее на предмет замыканий между «квадратиками, это обезопасит вас в будущем от не работающих схем. Так выглядит макетная плата после лужения припоем:

Засохшую канифоль специально не стал смывать, так как она защитит нашу плату от окисления и детали будут легче припаиваться. При сборке и тестировании схемы, элементы надо устанавливать ближе к центру «квадратиков», опять же во избежание замыканий.

Надеюсь, что вам будет полезен мой мастер-класс, а наладка устройств сократиться по времени, в виду того, что на макетной плате очень просто заменить детали, нежели на печатной. С вами был Alex1.

Последнее время нахожусь в поиске оптимальной конструкции монтажной платы. Что-то похожее на стремление к совершенству)). Монтажная плата вообще штука удобная, смотришь на принципиальную схему и собираешь на ней тоже самое по конфигурации. Спаянные в единое целое электронные компоненты очертаниями повторяют рисунок принципиальной схемы. Это здорово выручает, когда работа над незаконченным была отложена на какое-то время (порой значительное). При возвращении к проекту достаточно положить перед собой схему и монтажку, и ничего не нужно вспоминать - всё видно и понятно. Последними «сработал» монтажки с установленными на них трансформаторами. И если на одной он предназначен для конкретного устройства (после отладки будет снят и установлен в его корпус), то на другой (меньшего размера) он стационарный.

Специально ничего не подбирал, попалась на глаза одна из плат блока питания от телевизора «Рубин» - вот и занялся ей.

Убрал всё лишнее, оставив только выключатель, трансформатор и то, что имелось из разъёмов, да держатели предохранителей.

С обратной стороны платы имелось некоторое количество весьма мощных дорожек, которые, несомненно, могут пригодиться в дальнейшем. Однако значительная часть из них (отмечена красным фломастером), в случае не изменения их соединения, явилась бы проводником напряжения в 220 вольт, что недопустимо для эксплуатации монтажной платы открытого типа.

Вследствие чего были произведены следующие изменения - печатные проводники лишены соединения с контактами выключателя, а сетевой провод питания к этим контактам припаян напрямую.

Для удобства дальнейшей работы над будущей монтажной платой и её использования, прикрепил к ней импровизированные ножки, на выключатель поставил клавишу. Держатели предохранителей пришлось снять (дорожки то перерезаны).

Стоящий на плате понижающий трансформатор будет подключатся к сети через провод имеющий в разрыве блок предохранителей номиналом по 0,5 А каждый. Наружные контакты выключателя находящиеся под напряжением 220 В были закрыты от случайного контакта пластмассовыми накладками (приклеены клеем).

Контакты выключателя с обратной стороны также были изолированы. Сетевой провод надёжно прикреплён к краю монтажной платы.

Официальные технические данные трансформатора ТП-8-3, стоящего на монтажной плате следующие:

U вторичных	обмоток, В	I вторичных	обмоток, А
II	III	II	III
13,2	4,75	0,45	0,16

В действительности максимальное переменное напряжение на выходе составило 16,4 В. А выпрямленное максимальное напряжение равно 14,4 В.

Различное сочетание соединения концов вторичной обмотки, имеющей отвод, даёт на выходе ещё 8,6 В и 5,4 В. Имеющиеся напряжение и ток подойдут для питания большинства различных несложных схем. Диодный мост не имеет постоянного соединения с трансформатором и легко может быть исключён из схемы, в случае если будет нужно для питания переменное напряжение.

Готовая монтажная плата. На ней уже имеется достаточное количество отверстий для установки штырьковых контактов, к которым и будут припаиваться электронные компоненты. Контакты (штырьки) не имеют своего постоянного места, а устанавливаются в том месте монтажной платы, где это необходимо для конкретно собираемой схемы.

Монтажная плата является устройством вспомогательного характера, она не цель, а средство достижения цели. И рискну высказать мысль, что будет правильно такие вещи не делать «с нуля», лучше приспосабливать что-то подходящее. А то «руки могут так и не дойти до главного».

Изготовить печатную плату в домашних условиях настолько просто, что об этом даже смешно говорить. Достаточно напечатать на лазерном принтере картинку с проводниками, а потом пригладить к заготовке будущей платы утюгом. Остается только размочить бумагу водой и протравить плату в травящем растворе.

Технология настолько хороша и, можно сказать, ленива, что даже при изготовлении лишь одного экземпляра делается печатная плата. Хотя печатные платы по сравнению с навесным монтажом никаких преимуществ не имеют, если не требуется изготовление нескольких экземпляров одного и того же устройства.

Но, перед тем, как собирать печатную плату схему чаще всего собирают на макете. В простейшем случае на куске текстолита, фанеры или плотного картона по краям укрепляются шины питания, сделанные из луженого провода диаметром не менее 1 мм, чтобы механическая прочность монтажа была достаточной. К шинам питания припаивается все, что должно с ними соединяться, а остальные соединения делаются за счет выводов деталей.

Собрать такую макетную схему это целое искусство. Некоторым специалистам удавалось собирать на подобной плате схемы из двадцати и более корпусов микросхем в корпусах типа DIP - 14. При этом к шинам питания припаиваются выводы, или как теперь говорят на иностранный манер, пины (от англ. pin) 7 и 14, а все остальные соединения делаются монтажным изолированным проводом подходящего диаметра. Кроме шин питания можно установить дополнительные контактные площадки в виде отрезков провода, вставленных в отверстия платы.

Но способы такого макетирования иногда приводили к плачевным результатам. В результате многочисленных перепаек выводы у деталей просто пережигались и отваливались. К дальнейшему использованию такие детали были просто непригодны. Подобных ситуаций позволяют избежать современные беспаечные макетные платы . Что же это такое, и с чем его едят? Давайте, попробуем в этом разобраться.

Беспаечные макетные платы - это незаменимая вещь для опытов с электронной техникой. По-английски она называется breadboard, что переводится как макетная плата для удобства экспериментирования, макет электронной схемы (словарь «Мультитран»). Одна из таких плат показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Базовая беспаечная макетная плата.

При разработке электронных схем часто приходится идти по пути проб и ошибок. Даже, если схема не вот своя разработка, а просто повторение чужой конструкции, подчас требуется подбор режимов транзисторов и микросхем. Собранная схема требует частой замены деталей, что, согласитесь, при многократной пайке может привести к последствиям если не трагическим, то, во всяком случае, трудно исправимым.

Самодельные breadboard-ы. Можно ли на них сэкономить?

Некоторые энтузиасты до сих пор предлагают делать беспаечные макетные платы кустарным способом. Подобные описания можно найти в сети Интернет. Материалами для таких самопальных плат служат текстолит, жесть от консервных банок и заклепки.

Причем делается все это вручную или, как часто говорят, на коленке: нарезается на полоски жесть, изгибается определенным образом. После чего, опять же вручную, размечается текстолитовая пластина, в ней сверлятся отверстия. Затем приклепываются самодельные контакты. (На фирменных макетных платах контакты делаются из пружинящих металлов, о чем будет сказано ниже.) Надежность и долговечность такой конструкции будет не самая высокая.

Опять же, как и в некоторых других случаях, не учитывается время собственной работы. А при этом, если пройтись, хотя бы по интернет - магазинам можно убедиться, что стоимость макетных плат не слишком и велика. Например, стоимость платы показанной на рисунке 1, около 10 долларов, или около 300 с небольшим рублей.

Конечно, бывают платы и больших размеров, и естественно их стоимость увеличивается. При покупках макетных плат на e-bay или алиэкспресс цена может оказаться еще меньше.

Какие бывают макетные платы, и как они устроены

Беспаечная макетная плата представляет собой пластмассовое основание, на верхней стороне которого расположены квадратные отверстия с шагом 2,54 мм или 0,1 дюйма. Именно такой шаг имеют выводы импортных микросхем. Эта величина в англоязычных странах имеет свое название: line линия, в данном случае мера длины.

Микросхемы отечественного производства имеют шаг выводов ровно 2,5 мм, ведь у нас система метрическая. Если корпус микросхемы не очень длинный, то такое несоответствие практически не заметно. Нетрудно подсчитать, что на десять выводов наберется разница в 0,4 мм, а если микросхема имеет 40 ног, (по двадцать с каждой стороны) то получается несоответствие уже в 0,8 мм, выводы приходится несколько раздвигать. Правда, отечественные микросхемы в таких больших корпусах в настоящее время совсем не применяются.

На рисунке 2 показан еще один вариант макетной платы. Она мало чем отличается от платы, показанной на рисунке 1, если не считать нумерации отверстий буквами и цифрами. Это достаточно удобно: если на принципиальной схеме возле паек проставить карандашиком их позиции на макетной плате, то в дальнейшем разобраться откуда что идет будет намного проще. (Иногда случается, что собранная наполовину схема лежит достаточно долго, и что до этого делалось, элементарно забывается.)

Рисунок 2. Беспаечная макетная плата

Между шинами питания расположены отверстия, также сгруппированные по 5 штук. Их соединение внутри платы показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Устройство беспаечной макетной платы

А на рисунке 4 показана конструкция контактов.

Рисунок 4. Конструкция контактов беспаечной макетной платы

На боковых сторонах макетных плат имеются защелки, которые позволяют получать платы больших размеров. Такая плата показана на рисунке 5.

Рисунок 5. Беспаечная макетная плата большого размра

На нижней поверхности платы имеется двухсторонний скотч, заклеенный вощеной бумагой. Если эту бумагу отклеить, то готовую плату можно прикрепить внутри какой-либо конструкции. Так делать вполне допустимо, если просто не хватает времени разработать и спаять настоящую печатную плату.

Надежность фирменных беспаечных плат достаточно высока, о чем можно судить по товарному ярлыку, показанному на рисунке 6.

Рисунок 6. Товарный ярлык на беспаечной макетной плате

Конечно, все написано по-английски, но примерно разобраться можно. Самая верхняя строка говорит о том, что перед нами беспаечная макетная плата с квадратными отверстиями в корпусе из пластика ABS, выпущенная китайской компанией EIC. На поверхности платы имеется цветная печать, означающая линии питания и нумерацию отверстий.

Плата рассчитана на работу при температуре до 84 о C. Контакты сделаны из фосфористой бронзы (именно она обладает хорошими пружинящими свойствами) и покрыты слоем никеля. Долговечность контактов 50 000 соединений, чего вполне достаточно на несколько лет работы. Диаметр вставляемых в отверстия выводов деталей и проводников находится в диапазоне 0,4…0,7 мм. (Вспомните самодельные контакты из жести от консервных банок).

Количество отверстий на плате 400, размеры платы 84*54 мм. Модель платы EIC-801. Для увеличения размеров плата позволяет присоединять дополнительные платы.

На рисунке 7 показана схема, собранная на макетной плате с использованием микросхем в DIP-корпусах.

Рисунок 7. Схема на макетной плате

Соединительные провода из старых телевизоров

Соединительные провода также продаются вместе с платами, иногда в виде наборов. Цена таких проводов почему-то достаточно большая, поэтому можно пользоваться просто отрезками монтажного провода подходящего диаметра или изготовить такие провода самостоятельно.

Проще всего для этих целей применить плоский шлейф от телевизоров серии 3УСЦТ. Помните, там из пластмассовых корпусов выходили штыревые контакты? Такие телевизоры давно уже выбрасывают на свалку, как морально и физически устаревшие. Такой шлейф показан на рисунке 8.

Рисунок 8. Шлейф от старой радиоаппаратуры

Показанный на фото разъем следует разобрать на отдельные проводки, на обратные концы также напаять такие же контакты, и . Все, наверно, этот процесс представляют, поэтому описывать его здесь не требуется.

Вот, вроде бы и все, что можно сказать по поводу использования беспаечных макетных плат. Но найдется очень внимательный читатель, который воскликнет: «Позвольте, а почему же ни слова не сказано о макетировании схем на SMD микросхемах?» и, пожалуй, будет прав. Ведь именно они с их многочисленными тонкими и не очень прочными выводами в первую очередь станут жертвами опытов с электричеством.

Для макетирования с этим типом компонентов следует применять платы-переходники, превращающие корпуса для SMD монтажа в корпуса DIP. Некоторые платы-переходники показаны на рисунках 9 - 10.

Рисунок 9.

Рисунок 10.

В следующей статье я поделюсь некоторыми секретами по использованию беспаечных макетных плат.