Радиоэлектроника для начинающих (и не только)

1.5.1.2. Высокочастотные обмоточные провода (литцендраты)

Они предназначены для изготовления высокочастотных катушек индуктивности с высокой добротностью. Эти провода состоят из пучка эмалированных проволок (их количество может быть более 1000) диаметром 0,05; 0,07; 0,1 и 0,2 мм. Изготовление таких проводов из большого числа изолированных проволок вызвано явлением так называемого поверхностного эффекта. Суть его заключается в том, что на высоких частотах ток вытесняется к внешней поверхности провода под действием переменного магнитного поля внутри сплошного провода, в результате чего увеличивается активное сопротивление этого провода. Чтобы ослабить это вредное влияние, высокочастотный провод составляют из большого числа изолированных друг от друга проволок, увеличивая тем самым его токонесущую поверхность.

Выпускаются высокочастотные обмоточные провода следующих марок: ЛЭЛ и ЛЭП — без дополнительной изоляции пучка; ЛЭЛО — с обмоткой из шелка с лавсаном в один слой; ЛЭП КО — с обмоткой из капронового волокна в один слой; ЛЭШО — с обмоткой из натурального шелка в один слой; ЛЭЛД — с обмоткой из шелка с лавсаном в два слоя; ЛЭШД — с обмоткой из натурального шелка в два слоя. Провода марок ЛЭП и ЛЭПКО перед лужением не требуют зачистки.

Основные параметры некоторых высокочастотных обмоточных проводов приведены в таблице 1.6.

1.5.1.3. Обмоточные провода высокого сопротивления (манганин, константан, нихром)

Для изготовления образцовых резисторов, магазинов сопротивлений, шунтов к измерительным приборам и добавочных сопротивлений к вольтметрам используют манганин, обладающий малым TKR (температурным коэффициентом сопротивления), большим удельным сопротивлением и малой термоэдс в контакте с медью.

Для изготовления реостатов и балластных резисторов используют проволоку из никелина, нейзельберга, реотана и константана, а в нагревательных приборах — из нихрома, фехраля и хромаля.

Константановые провода, изолированные эмалями на масляных лаках (марка ПЭК), изготавливаются из твердой проволоки диаметром 0,03…0,09 мм и из твердой и мягкой проволоки диаметром 0,1…0,15 мм.

Манганиновые провода с эмалями на масляных лаках изготавливаются из твердой (марка ПЭМТ) и мягкой (марка ПЭММ) проволоки.

Нихромовые провода, изолированные масляной эмалью, выпускаются под маркой ПЭНХ. Кроме упомянутых, выпускаются эмалированные высокопрочные константановые, манганиновые и нихромовые провода с повышенной толщиной изоляции (маркируются соответственно цифрами 1 и 2), причем манганиновые и константановые провода изготавливаются из твердой и мягкой проволоки, а нихромовые провода только из мягкой проволоки.

Термостойкость всех проводов (кроме нихромовых марки ПЭНХ) такая же, как у медных проводов с соответствующей изоляцией.

Марки и основные применения наиболее распространенных обмоточных проводов высокого сопротивления указаны в таблице 1.7.

1.5.2. Монтажные провода

Выпускаются в изоляции из полихлорвинила, полиэтилена, а также с волокнистой дополнительной изоляцией (первый слой).

Провода с волокнистой изоляцией применяют в аппаратуре, работающей в нормальных условиях (при невысокой влажности и температуре), когда исключена возможность конденсации воды в аппаратуре и отсутствуют резкие климатические изменения. Наиболее термостойки провода с изоляцией из фторопласта (до 250 °C).

По конструкции токопроводящей жилы различают однопроволочные (негибкие) и многопроволочные (гибкие) монтажные провода. Основные параметры монтажных проводов приведены в таблице 1.8.

_{* Только для проводов с токопроводящей жилой сечением 0,07 и 0,12 мм2; провода с большим сечением токопроводящих жил могут работать при напряжениях до 1000 В переменного тока.}

1.6. ПАЙКА И ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОНТАЖА

1.6.1. Устройство паяльника

Паяльник — один из основных инструментов радиолюбителя. По своей конструкции паяльники могут быть различными. Но наибольшее распространение у радиолюбителей получили паяльники с медным жалом — прямым или изогнутым. Нагревательным элементом в них обычно служит нихромовый провод, намотанный на металлическую трубку, в которую вставляется медный стержень (жало). Для изоляции намотки от металлической трубки между ними прокладывается слой слюды.

Новый паяльник должен быть соответствующим образом подготовлен к работе. Рабочей части жала паяльника должна быть придана заостренная форма (30°), что часто делают с помощью напильника. Однако обработку жала лучше делать ковкой, так как наклеп уменьшает интенсивность растворения меди и затрудняет образование раковин, сокращающих срок службы напильника. Затем приступают к залуживанию. Для этого, слегка нагрев паяльник, покрывают слоем канифоли (опускают жало паяльника в канифоль) рабочую часть жала для предохранения медной поверхности от окисления. Перегрев паяльника перед покрытием его канифолью недопустим. Если же паяльник по какой-либо причине все же оказался перегретым и зачищенная часть жала покрылась темно-синим налетом окиси меди, то его следует остудить и вновь зачистить. Как только жало нагреется до температуры плавления припоя, рабочая поверхность его должна быть целиком покрыта припоем (т. е. следует облудить жало).

1.6.2. Ремонт паяльника

Наиболее часто встречающиеся повреждения в паяльнике — перегорание обмотки и пробой на корпус. Перегорание обмотки вообще лишает возможности пользоваться паяльником, пробой же создает опасность поражения током, особенно при работе с заземленной аппаратурой или в сыром помещении. Пробитый на корпус паяльник опасен и в другом смысле — пользуясь им, можно повредить радиоаппарат (вывести из строя микросхемы, транзисторы), в котором производится пайка. Для устранения этих повреждений обычно приходится разбирать паяльник и перематывать его обмотку. Обычно при перемотке паяльника возникает ряд трудностей. Тонкие пластины слюды при попытке обернуть ими металлическую трубку паяльника обычно ломаются или крошатся.

Чтобы избежать этого, слюду рекомендуется два — три раза нагреть и пламени (например, газовой плиты) докрасна, а затем охладить на воздухе. Слюда после этого станет мягкой и будет легче гнуться, плотнее прилегая к трубке. Если пластинка слюды раскрошилась, а достаточно большой целой пластинки в запасе нет, то для изоляции можно использовать мелкие куски от старых электронагревательных приборов. Эти куски укладывают слоем соответствующей толщины на лист тонкой бумаги или кальки, при необходимости слюду к бумаге можно слегка приклеить силикатным клеем. Затем слюду вместе с бумагой укладывают на стержень, а бумажную ленту закрепляют на стержне клеем. Далее производят намотку и сборку паяльника обычным способом.

Для изоляции слюдяными крошками можно использовать также липкую ленту, оставив конец ленты длиной около 10 мм свободным от слюды. Подготовленную полоску свободным от слюды концом приклеивают к трубке паяльника и с натяжением наматывают ее так, чтобы слюдяная изоляция образовала сплошной слой без зазоров и отверстий. Излишки ленты отрезают, а конец прикрепляют к основанию отрезком липкой ленты.

Если нагреватель необходимо изолировать снаружи, такую же полоску липкой ленты со слюдой наматывают на спираль и закрепляют шнуром из асбеста или помещают в кожух, иначе после включения паяльника в сеть липкая лента сгорит и слюда осыплется.

Нагревательную обмотку паяльника можно изолировать от корпуса паяльника и жидким стеклом (силикатным или конторским клеем). Для этого трубку паяльника следует покрыть жидким стеклом и хорошо высушить при температуре 50…60 °C, но еще лучшие результаты получаются, если стержень покрыт «тестом», составленным из жидкого стекла, талька, мела (зубного порошка) или асбестовой крошки. Тесто должно быть густоты сметаны; им обмазывают трубку паяльника и высушивают. Намотку провода производят поверх этого слоя.

Вместо слюды и асбеста, которыми обмотка обычно покрывается сверху, можно в крайнем случае применить и обычную глину (но лучше огнеупорную!). Трубку паяльника обмазывают слоем глины толщиной 1…2 мм, после чего глину сушат. Затем на глине наматывают первый слой намотки и сверху опять покрывают ее глиной, снова сушат и продолжают намотку. Поверх последнего слоя намотки еще раз наносят слой глины, заполняя ею остающееся свободное пространство между нагревательным элементом и кожухом паяльника. Обмотку паяльника чаще всего наматывают виток к витку или с некоторым принудительным шагом.

Для низковольтных паяльников (на 6-12 вольт), подключаемых к сети через понижающий трансформатор, вместо проволоки из нихрома можно использовать стальную проволоку. Для этой цели можно, например, применить жилу от стального (буксирного) троса, подвергнув его предварительному отжигу. После отжига проволока становится мягкой и легко наматывается на паяльник. Длину обмотки подбирают по свечению проволоки, которое должно быть темно-вишневого цвета. Вся обмотка обычно укладывается в один слой. Такой паяльник прост в изготовлении и долговечен. Преимуществом его является также большая безопасность при эксплуатации.

Низковольтный паяльник можно изготовить из перегоревшего обычного паяльника мощностью 40…90 Вт. Нагреватель паяльника разбирают и, удалив старую обмотку, наматывают на ее место новую, закрепляют витки и собирают паяльник. Витки следует располагать в один слой равномерно по всей длине, которую занимала прежняя обмотка. Для обмотки нагревателя удобно использовать нихромовый провод диаметром 0,4 мм от спирали электроплиток на 220 вольт. В таблице 1.9 приведены числа витков нагревателя, экспериментально подобранные для паяльников из нихромового провода диаметром 0,4 мм мощностью 50 или 100 Вт на различные питающие напряжения.

_{* Наматывают в два провода и соединяют обмотки параллельно.}

А как включить низковольтный паяльник в сеть 220 В? Можно, конечно, включить его последовательно с лампой накаливания или резистором большой мощности, но это не всегда удобно и неэкономично. Лучше всего подключить паяльник к сети через бумажный конденсатор, емкость которого можно рассчитать по формуле:

С = 3000∙P/U_п(U — U_п),

где С — емкость конденсатора, мкФ; Р — мощность паяльника, Вт; U_п — напряжение, на которое рассчитан паяльник, В; U = 220 В — напряжение сети.

При этом бумажный конденсатор должен иметь рабочее напряжение не менее 400 В, а мощность паяльника должна быть в пределах 40…50 Вт.

Возникает вопрос: «Сколько паяльников и какие надо иметь, чтобы качественно изготовить какой-либо прибор?» Опыт многих практиков говорит, что даже для легких сборочных работ желательно иметь два паяльника различного типа. Большинство печатных плат можно паять с помощью паяльника 25 и 50 Вт с прямым или изогнутым жалом. Для более крупных работ следует использовать паяльники на 90 и более ватт. Следует запомнить: правильно выбранное жало облегчает работу, поэтому следует иметь несколько тонких конических и плоских жал и одно плоское широкое для распайки микросхем. С точки зрения техники безопасности рекомендуется иметь паяльники на напряжение не выше 36 В.

Вместе с паяльником неплохо приобрести различные принадлежности и инструмент. Если вы однажды поработали с хорошим инструментом, то потом вряд ли захотите работать с плохим. Поэтому лучше один раз купить хороший инструмент, чем несколько раз плохой. К примеру: в хороших бокорезах режущие части в сомкнутом состоянии соприкасаются только на концах. Не покупайте бокорезы, у которых кромки неровные, или не сходятся концы, или кромки соприкасаются не на концах, а в каком-либо другом месте.

1.6.3. Методика обучения пайке

Если вы никогда не паяли, предлагаем воспользоваться одной из двух методик, в основе которых, как в и любой другой методике, лежит практика.

Возьмите 300 мм голого провода диаметром 23 мм (или изолированного, с которого надо снять изоляцию) и разрежьте его на 12 одинаковых кусков длиной 25 мм, чтобы из них сделать куб, закрепив точки соединения посредством пайки. Допускается использовать только плоскогубцы с длинными губками, паяльник, припой, флюс. И никакого другого инструмента и приспособлений. Это должно научить вас держать конструкцию неподвижной во время ее охлаждения. После того как куб будет готов, дать ему остыть, а затем положить его на ладонь и сжать руку в кулак. Если хотя бы одно из соединений нарушится, надо проделать все еще раз, взяв новые куски проводов.

Можно выбрать другой путь. Нарезать куски медной проволоки длиной 30…50 мм и толщиной 2…3 мм. Обмотать освобожденный от изоляции монтажный провод вокруг этой проволоки (2–3 витка) и соединить его путем пайки. Инструмент тот же, что и выше. Это упражнение надо повторять до тех пор, пока не будут получаться аккуратные, блестящие, прочные соединения.

При пайке надо соблюдать несколько правил, тогда и пайка будет получаться надежной и аккуратной.

• Лучше всего пользоваться припоями ПОС-61, ПОС-50, ПОС-40 и спирто-канифольными флюсами.

• Необходимо прогреть место соединения до такой температуры, чтобы приложенный к нему припой мог расплавиться. Припой должен расплавиться благодаря теплу, отдаваемому местом соединения. Частая ошибка заключается в том, что припой расплавляют паяльником в надежде на то, что он стечет с паяльника и прилипнет к месту соединения. Это грубая ошибка!

• Место соединения следует тщательно зачистить.

• Место соединения должно быть неподвижным до тех пор, пока расплавленный припой не затвердеет.

• Не перегревать места соединения.

• Припоя не должно быть слишком мало.

• Припоя не должно быть слишком много.

Опыт многих практиков показывает, что качество пайки во многом определяется мастерством монтажника и тем выше, чем ниже давление паяльника на печатную плату при пайке, чем меньше перепаек элементов и чем меньше время пайки при заданной температуре паяльного наконечника (внутренние дефекты на печатных платах практически не появляются, если время пайки меньше 3 с).

Распайка, хотя в это и трудно поверить, может быть немного проще пайки. Распаять контакт может почти каждый, но не повредить компоненты и проводники печатной платы очень нелегко. Для распайки надо иметь приспособления для отсасывания расплавленного припоя. Это может быть резиновый сжимающийся шар («груша»), снабженный соответствующим наконечником. После расплавления припоя отпускают до этого сжатую «грушу», происходит всасывание припоя внутрь ее. Для этих же целей можно использовать медную оплетку, заполненную флюсом. Ее подносят к расплавленной точке, нагревают паяльником, и расплавленный припой проникает внутрь оплетки благодаря капиллярному эффекту.

1.6.4. Припои и флюсы

Припои — это сплав металлов, предназначенный для соединения деталей и узлов пайкой. Выбор припоя производят в зависимости от соединяемых металлов или сплавов, от способа пайки, температурных ограничений, размера деталей, требуемой механической прочности и коррозийной стойкости и др. Для пайки толстых проводов используют припой с температурой плавления более высокой, чем для пайки тонких проводов. В некоторых случаях необходимо учитывать и электропроводность припоя (напоминание: удельное сопротивление олова равно 0,115, а свинца — 0,21 Ом мм2/м).

Припой разделяют на мягкие с температурой плавления ниже 400 °C и твердые с температурой плавления более 500 °C. Твердые припои отличаются более высокой прочностью при растяжении. К ним относятся, главным образом, медно-цинковые (ПМЦ) и серебряные (ПСр) припои.

В радиотехнической промышленности и радиолюбительской практике наиболее широко используются мягкие припои, изготовленные на оловянной, свинцовой, висмутовой, кадмиевой и цинковой основах. Основные данные наиболее распространенных припоев приведены в таблице 1.10.

Для самостоятельного приготовления припоя компоненты состава (олово и свинец) отвешивают на весах, расплавляют смесь в металлическом тигле над газовой горелкой и, перемешав расплав стержнем из стали, стальной пластинкой снимают пленку шлака с поверхности расплава. Затем осторожно разливают расплав в формы — желоба из жести, дюралюминия или гипса. Плавку необходимо выполнять в хорошо проветриваемом помещении, надев защитные очки, перчатки и фартук из грубой ткани.

Флюс — это вещество или смесь, предназначенные для растворения й удаления оксидов с поверхности спаиваемых деталей. Кроме того, во время пайки они защищают от окисления поверхность нагреваемого металла и расплавленный припой. Все это способствует увеличению растекаемости припоя, а следовательно, улучшению качества пайки. Флюс выбирают в зависимости от соединяемых пайкой металлов или сплавов и применяемого припоя, а также от характера сборочно-монтажных работ.

При монтаже электро- и радиоаппаратуры наиболее широко применяются канифоль и флюсы, приготовленные (на основе) с добавлением неактивных веществ — спирта, скипидара, глицерина. Остаток канифоли негигроскопичен и является хорошим диэлектриком.

Прочную пайку с ровной поверхностью застывшего припоя можно получить, применив жидкий канифольный флюс, составленный из 20 г измельченной в порошок чистой канифоли, растворенной в 35…40 г чистого спирта, бензина или скипидара.

Практически установлено, что при указанной пропорции составных частей флюс при пайке не дает вспышки паров растворителя. Этот флюс нужно хранить в пузырьке с притертой пробкой. Для жидкого флюса не рекомендуется применять канифоль, предназначенную для натирания скрипичного смычка, так как пайка может быть загрязнена посторонними примесями. Хранить жидкий флюс также удобно в полиэтиленовой масленке, хоботок которой закрывается специальной пленкой. С помощью такой масленки можно легко и быстро нанести требуемое количество флюса на место пайки. При этом флюс расходуется значительно экономичнее, уменьшается испарение его растворителя, пайка получается более чистой и аккуратной.

Еще один состав жидкого флюса: канифоль — 6 %, глицерин — 14 %, спирт (этиловый или денатурированный) — остальное.

Ускорить процесс пайки и повысить в ряде случаев качество соединения можно, применив вместо канифоли глицериновую пасту. С помощью пасты можно паять детали из самых разнообразных металлов и сплавов даже без предварительной зачистки и лужения, что особенно удобно при пайке в труднодоступных местах. Глицериновую пасту легко изготовить самому. Состав ее следующий: 48 % веретенного масла, 12 % пчелиного воска, 15 % светлой канифоли, 15 % глицерина, 10 % насыщенного водного раствора хлористого цинка. Изготовляя глицериновую пасту, ее нужно все время подогревать. Сначала расплавляют канифоль, затем добавляют веретенное масло, воск, глицерин и в последнюю очередь хлористый цинк.

Пасту можно изготовить и по более простому рецепту. Кусочки канифоли размельчают в порошок и, подливая глицерин, растирают до густоты сметаны. Паста удобна тем, что она хорошо сохраняется длительное время. Хранить ее можно в любой посуде с крышкой. На место пайки пасту наносят с помощью кусочка проволоки.

В некоторых исключительных случаях вместо канифоли можно использовать ее заменители. Так, канифольный лак, имеющийся в продаже в хозяйственных магазинах, можно применять как жидкий флюс взамен раствора канифоли в спирте.

В качестве флюса при пайке проводников можно в случае крайней необходимости пользоваться также живицей — смолой сосны или ели, — доступным материалом, особенно радиолюбителям, живущим в сельской местности. Такой флюс можно приготовить самому. Набранную в лесу смолу нужно растопить в жестяной банке на слабом огне (на сильном огне она может воспламениться). Расплавленную массу разлить в спичечные коробки.