Книга: Электроника для начинающих (2-е издание)
Назад: Глава 3 ЗАЙМЕМСЯ ЧЕМ-ТО ПОСЕРЬЕЗНЕЕ
Дальше: Эксперимент 12. Пайка двух проводов
Необходимые комплектующие для экспериментов третьей главы
Как и ранее, при покупке инструментов и оборудования откройте главу 6 и загляните в раздел «Приобретаемые инструменты и оборудование». Если вам нужен готовый набор компонентов и расходных материалов, смотрите раздел «Наборы». Если вы предпочитаете покупать компоненты самостоятельно в интернет- магазинах, смотрите раздел «Компоненты». Для выбора расходных материалов смотрите раздел «Расходные материалы».
Блок питания
Вы могли бы по-прежнему использовать 9-вольтовые батареи для всех устройств, описанных в этой книге, но теперь я рекомендую обзавестись сетевым адаптером, потому что он гораздо удобнее. Также я думаю, что в итоге это окажется дешевле, чем постоянно покупать новые батареи, когда вы начинаете собирать схемы, потребляющие больше энергии.
Возможны три способа преобразовать переменный ток из сетевой розетки в вашем доме для питания низковольтных устройств.
Универсальный адаптер, например, как на рис. 3.1 — самый практичный вариант, обеспечивающий требуемый диапазон напряжений на выходе. Как правило, подобный адаптер выдает ряд фиксированных значений напряжения: 3, 4,5 или 5 В, 6, 9 и 12 В. Универсальные адаптеры предназначены для питания небольших устройств, таких как диктофоны, телефоны или медиаплееры. Они не способны обеспечить идеально сглаженный и стабильный постоянный ток, но вы сможете сгладить его самостоятельно с помощью пары конденсаторов, как я покажу, когда мы доберемся до применения адаптера.
Как вариант, можно приобрести сетевой адаптер переменного тока на одно напряжение, подобный показанному на рис. 3.2, чтобы обеспечить постоянное напряжение 9 В. Когда вы начнете работать с цифровыми логическими микросхемами, которые требуют напряжение 5 В, то можете преобразовать 9 В с помощью хорошо известного компонента под названием стабилизатор напряжения. (Такой стабилизатор можно подключить также и к батарее на 9 В.)
Третий вариант — потратить больше денег на приличный настольный блок питания, который обеспечивает различные значения выходного напряжения: от О В до +15 В и от О В до -15 В, а также имеет фиксированный выход на 5.
Рис. 3.1. Этот адаптер вставляется в сетевую розетку и позволяет вам выбирать значение постоянного напряжения с помощью небольшого переключателя
Рис. 3.2. Сетевой адаптер, обеспечивающий одно фиксированное напряжение 9 В
В комплект к такому блоку может входить несколько макетных плат, установленных сверху на корпусе. Вне всяких сомнений, лабораторный источник питания пригодится, если вы продолжите заниматься электроникой, но пока еще вы в этом, наверное, не вполне уверены.
Если вы решили купить универсальный адаптер, то сможете найти необходимые инструкции в разделе «Другие компоненты» главы 6.
Какой бы из вариантов вы ни выбрали, источник питания должен иметь следующие характеристики:
• На выходе должен быть постоянный ток, а не переменный. Почти все сетевые адаптеры обеспечивают на выходе постоянный ток, но бывают и исключения.
• Выходной ток должен быть не менее 500 мА (что может быть обозначено как 0,5 А).
• Тип разъема, расположенного на конце выходного провода постоянного тока, не имеет значения, потому что вам все равно придется его отрезать.
• Если универсальный адаптер снабжен различными выходными разъемами, это не имеет значения, поскольку для наших экспериментов они не понадобятся.
• Очень дешевые сетевые адаптеры могут оказаться ненадежными, особенно при работе на предельном токе. Качественные изделия в США маркируют символом «UL», указывающим на наличие сертификата лаборатории по технике безопасности Underwriters Laboratories.
Маломощный паяльник
Макетная плата незаменима при быстрой сборке схемы для изучения ее работы и отладки, а паяльник необходим для создания постоянных электрических соединений в завершенном устройстве, которое вы хотите многократно использовать. Паяльник нагревает припой, изготовленный из специального сплава, пока не образуется расплавленная капля, обволакивающая место стыковки медных проводов или каких-либо компонентов, которые вы хотите соединить. После остывания припоя соединение становится прочным.
Вам вовсе не обязательно иметь паяльник. Можно собрать все устройства, описанные в этой книге, на макетной плате. Тем не менее, всегда приятно изготовить что-либо более долговечное, а умение паять — полезный навык. По этой причине я отнес паяльник к числу необходимого.
Лично я предпочитаю иметь специальный маломощный паяльник для мелких деталей, которые чувствительны к перегреву, и обычный паяльник «общего применения» для более сложных задач (описан далее). Некоторые используют для всех работ только один паяльник с регулируемой температурой, но маленький инструмент не всегда сможет обеспечить необходимую в некоторых случаях степень нагрева, а паяльник среднего размера не очень удобен для деликатных работ. К тому же, устройства с регулируемой температурой могут стоить недешево.
Рис. 3.3. Маломощный паяльник, предназначенный для тонкой работы с электронными компонентами
Маломощный паяльник может иметь мощность 15 Вт, и чем он меньше по габаритам, тем легче им работать. Жало должно постепенно сужаться до тонкого, но закругленного кончика, как у только что заточенного карандаша. Жало с покрытием предпочтительнее, хотя производитель может и не упомянуть о наличии покрытия. Бывший в употреблении паяльник мощностью 15 Вт показан на рис. 3.3. Изменение цвета металлических частей паяльника — это нормальное последствие нагрева, оно не ухудшает работоспособности.
Обычный паяльник
Теплоемкость 15-ваттного паяльника будет недостаточной, если вам потребуется соединить более толстые провода или такие компоненты, как мощные выключатели, у которых контакты предназначены для коммутации значительных токов. Массивные контакты так быстро поглощают тепло, что маломощный паяльник не сможет создать достаточно высокую температуру для расплавления припоя. Вы можете столкнуться с подобной ситуацией, даже когда попытаетесь припаять провод к лепестку стандартного потенциометра.
Для таких работ вам понадобится паяльник мощностью от 30 до 40 Вт. Хотя он и не требуется для большинства проектов этой книги, я все же рекомендую приобрести его для обучения пайке, потому что большая теплоемкость жала облегчит создание ваших самых первых паяных соединений. К тому же 30-ваттный паяльник обычно дешевле, чем паяльник на 15 Вт, и дополнительные затраты будут невелики. Я рекомендую приобрести паяльник с обычным долотообразным жалом, которое обеспечивает лучший подвод тепла, а поскольку вы не будете использовать этот инструмент для тонких работ, то зауженное жало здесь не нужно.
Приспособления для пайки
Некоторые паяльники имеют встроенный отсос для припоя, который помогает вам демонтировать паяное соединение. Это поршень, который вы тянете пальцами, чтобы всосать немного воздуха через жало паяльника. Я не думаю, что это приспособление вам понадобится. В любом случае, я видел его только у паяльников мощностью 30 Вт, которые не подходят для большинства работ с электронными компонентами.
В описании паяльника может употребляться термин «сварка». Это не должно вводить вас в заблуждение, потому что паяльники не выполняют сварку в обычном смысле данного слова.
Некоторые паяльники идут в комплекте с держателем, который может фиксировать мелкие детали, пока вы работаете с ними. Это заслуживает внимания, потому что такой комплект может стоить дешевле, чем покупка принадлежностей порознь. Держатель будет описан далее.
Если к паяльнику прилагается какой-либо припой, покупайте его только в том случае, если он назван трубчатым припоем с канифолью.
Многие паяльники описываются как инструмент карандашного типа. Этот термин не очень информативен, т. к. он может быть применен и к паяльнику на 15 Вт, и к паяльнику на 30 Вт.
Рис. 3.4. Паяльник Weller Therma-Boost мощностью 30 Вт может быть полезен при работе с более толстыми проводами и крупными компонентами
Паяльники с рукояткой пистолетного типа, например, модель Weller Therma-Boost, изображенная на рис. 3.4, внешне заметно отличаются от обычных. Некоторые предпочитают эргономичность инструментов такого типа, а модель Therma-Boost имеет полезную функцию быстрого нагрева, которая позволяет достичь рабочей температуры менее чем за минуту, что делает его идеальным выбором для тех, кто не привык ждать. Тем не менее, все паяльники с рукояткой пистолетного типа рассчитаны на 30 Вт или выше и, как правило, дороже обычных устройств карандашного типа.
Держатель
Так называемый держатель (известный также как захват или «третья рука») снабжен двумя зажимами типа «крокодил», которые могут фиксировать компоненты или отрезки провода в заданном положении, пока вы их паяете. Некоторые приспособления оснащены также лупой, проволочной спиралью, в которой вы можете оставить паяльник, и небольшой губкой для очистки жала паяльника от загрязнения. Эти дополнительные аксессуары полезны, но не обязательны (рис. 3.5).
Рис. 3.5. Держатель с дополнительными аксессуарами
Лупа
Независимо от того, насколько острое у вас зрение, необходимо компактное, переносное и мощное увеличительное стекло для проверки паяных соединений на перфорированной плате.
Рис. 3.6. Миниатюрная лупа незаменима для проверки паяных соединений
Набор из трех линз (рис. 3.6) очень удобен для визуального контроля качества пайки и дает большее увеличение, чем обычная лупа в оправе с ручкой, которую я считаю не очень полезной.
Настольные лупы (рис. 3.7) занимают немного места, зато высвобождают руки для работы. Оба варианта вы можете найти в магазинах «Умелые руки» или в интернет-магазинах. Пластиковые линзы вполне подойдут, если вы будете бережно с ними обращаться.
Провода для измерительного прибора
В предыдущих экспериментах вы соединяли один из щупов мультиметра с зажимом «крокодил» тестового провода и использовали такой же «крокодил» на другом конце, чтобы захватить провод или компонент.
Рис. 3.7. Складная лупа такого типа может стоять на вашем столе
Рис. 3.8. Эти миниатюрные зажимы надежно крепятся к проводам или выводам компонентов
Более элегантный вариант — купить пару специальных щупов с подпружиненными миникрючками на концах. На рис. 3.8 изображен один из примеров — модель Pomona 6244-48-0, которая подойдет лучше всего. Но учтите, что это сравнительно дорогой вариант. Можно поискать более дешевые провода с небольшими зажимами типа «крокодил», как на рис. 3.9. Разумеется, вполне годятся и обычные тестовые провода, которые я предлагал ранее (см. рис. 1.10).
Рис. 3.9. Измерительные провода, которые заканчиваются миниатюрными зажимами типа «крокодил»
Термофен
Рис. 3.10. Термофен для усадки трубки позволяет создать плотное изолирующее покрытие вокруг оголенного провода
Рис. 3.11. Миниатюрным термофеном проще работать, чем полноразмерным инструментом
Если вы соединяете два провода с помощью припоя, то часто их следует изолировать. Если для этого использовать электроизоляционную ленту (иногда называемую изолентой), то она может открепиться. Вариант лучше — термоусадочная трубка, которая образует стойкую защитную оболочку вокруг оголенного металлического соединения. Для фиксации подобной трубки предназначен термофен, который похож на очень мощный фен для сушки волос (рис. 3.10). Этот инструмент можно найти у любого поставщика оборудования, и я полагаю, что подойдет самый дешевый.
Для особо точной работы предпочтительнее будет миниатюрный термофен, подобный показанному на рис. 3.11.
Оборудование для демонтажа
Отсос припоя предназначен для удаления горячего расплавленного припоя при демонтаже паяного соединения, которое вы сделали в неправильном месте (рис. 3.12). Некоторые из моих читателей настаивают, что это необходимое, а не второстепенное приспособление, однако решать вам. Лично я при совершении ошибки в пайке предпочитаю вырезать ее и переделать заново.
Оплетка для удаления припоя, также известная как оплетка для выпаши, в сочетании с отсосом припоя предназначена для впитывания припоя (рис. 3.13).
Рис. 3.12. Приспособление для отсоса припоя
Рис. 3.13. Еще один способ удаления расплавленного припоя — впитать его с помощью медной оплетки
Подставка для паяльника
В перерывах между пайкой удобно положить горячий паяльник на подставку, точно так же, как и кухонный нож после нарезки продуктов (рис. 3.14). Если вы не хотите тратиться на приобретение подобной подставки, ее можно смастерить самостоятельно, например, из куска стального электротехнического короба или дажеиз старой жестяной банки, прибитой к деревянному бруску. В конце концов, можно оставлять паяльник на углу стола и постоянно соблюдать осторожность, чтобы не уронить его. (Плавали, знаем...) Когда паяльник падает на пол, он портит синтетический ковер или напольное покрытие. Помня об этом, вы, конечно, пытаетесь поймать паяльник, когда заметите, что он падает. Если вы схватитесь за горячее жало, то, разумеется, тут же отдерните руку и паяльник все же упадет на пол (зато вы не получите ожог руки).
Рис. 3.14. Безопасная и простая подставка для паяльника в комплекте с губкой для очистки жала
Наверное, подставку для паяльника следует отнести к числу необходимого...
Миниатюрная пила
Рано или поздно вам потребуется вмонтировать готовое электронное устройство в приличный на вид корпус. Для этого, вероятно, понадобятся инструменты для резки, формовки и обработки тонкого пластика. Например, вы захотите вырезать квадратное отверстие так, чтобы вмонтировать в него выключатель электропитания.
Мощные электроинструменты не годятся для такой тонкой работы. А вот миниатюрная ручная пила идеально подходит для подгонки деталей. К такому инструменту, например, от компании X-Acto (рис. 3.15) прилагается целый ряд различных лезвий.
Рис. 3.15. Пила для вырезания небольших отверстий при монтаже компонентов в пластиковом корпусе
Инструмент для снятия заусенцев
Резец для снятия заусенцев (рис. 3.16) быстро разглаживает и формует любые грубо отпиленные края пластмассы и алюминия, а также способен слегка расширять отверстия. Это может быть необходимо, потому что размеры некоторых компонентов соответствуют метрической системе и не совпадают с отверстиями, просверленными американскими сверлами.
Рис. 3.16. Резец для снятия заусенцев
Штангенциркуль
Рис. 3.17. Штангенциркуль может измерять внутренний и наружный диаметры
Этот инструмент может показаться не самым необходимым, но он будет очень полезен для измерения наружного диаметра круглого предмета (например, резьбы на переключателе или на потенциометре) или внутреннего диаметра отверстия (в которое вы хотите вставить переключатель или потенциометр). Один из примеров иллюстрирует рис. 3.17. Если вы выберете инструмент, в котором есть цифровой индикатор с питанием от миниатюрной батареи, то он может переключаться с метрической системы измерения на дюймы.
Расходные материалы
Хотя многие представленные мной инструменты необязательны, указанные далее расходные материалы понадобятся вам непременно, если только вы не ограничитесь сборкой устройств на макетной плате и никогда не перейдете к созданию настоящих законченных изделий. Инструменты и материалы для изготовления готовых устройств обойдутся вам примерно как месячная плата за кабельное телевидение. Думаю, это стоящая инвестиция.
Припой
Рис. 3.18. Припой различной толщины
Это вещество, которое необходимо для прочного и надежного соединения компонентов в процессе пайки. Хорошо иметь очень тонкий припой (диаметром 0,5-1 мм) для очень мелких компонентов. Припой различной толщины изображен на рис. 3.18. Для устройств из этой книги будет достаточно минимального количества припоя (15 граммов или около 1 метра тонкой проволоки).
Не покупайте припой, который предназначен для сантехники или, например, для ювелирных работ. В техническом описании подходящего для наших целей припоя присутствует слово «электроника».
Существуют различные мнения по поводу использования припоя, который содержит свинец. Опытный мастер уверял меня, что этот старый тип припоя позволяет сделать соединения лучше, к тому же им легче работать при более низкой температуре, а риск для здоровья при осторожном использовании сведен к минимуму. Кроме того, припой без свинца содержит больше канифоли, которая сильнее дымит. Эта проблема широко обсуждается онлайн, в чем можно убедиться, если выполнить запрос:
Вред свинцового припоя
У меня нет достаточных знаний, чтобы разрешить этот спор. Однако я знаю, что если вы живете в Европейском союзе, то не должны использовать припой, содержащий свинец, по экологическим причинам.
Вам определенно понадобится трубчатый припой с канифолью, предназначенный для пайки электронных компонентов. Со свинцом или без него — выбор за вами.
Термоусадочные трубки
Рис. 3.19. Ассортимент термоусадочных трубок
Если вы приобрели термофен, то понадобятся и термоусадочные трубки. Неплохо будет запастись трубками разного размера и цвета (рис. 3.19). Вы натягиваете термоусадочную трубку на паяное соединение, а затем нагреваете ее термофеном. Трубка плотно облегает соединение, надежно изолируя его. Диаметр после усадки обычно вполовину меньше первоначального, но некоторые трубки имеют более высокий коэффициент усадки. Различные материалы обеспечивают различные характеристики изоляции, устойчивости к стиранию и другим факторам. Широкий ассортимент термоусадочных трубок с детальным описанием различных их свойств можно найти на сайте поставщика McMaster-Carr (http://bit.ly/mm-hst). Для наших целей подойдут самые дешевые трубки, если они рассчитаны на 240 В (или выше). Одного пакета или коробки с ассортиментом 5-6 диаметров будет достаточно. Чаще потребуются трубки меньшого размера, нежели большего.
Медные зажимы «крокодил»
Они поглощают тепло, когда вы паяете чувствительные компоненты. Не перепутайте их со стальными зажимами с медным покрытием: вам необходимы именно цельные медные зажимы. Неплохо приобрести сразу несколько зажимов, поскольку вы сможете использовать их повторно и долго. Но и двух будет достаточно для наших целей.
Рис. 3.20. Медные зажимы поглощают тепло и защищают компоненты во время пайки
Перфорированная плата
Когда вы будете готовы перенести вашу схему с макетной платы на более постоянное место, то проще всего спаять ее на перфорированной плате, часто называемой «платой для прототипирования».
Рис. 3.21. Расположение дорожек на этой плате такое же, как и проводников внутри макетной платы
Рис. 3.22. Плата с равномерно расположенными отверстиями (без медных дорожек)
Рекомендую вам для начала приобрести плату с медными дорожками на обратной стороне, расположенными так же, как и внутренние проводники макетной платы. Это позволит вам свести ошибки к минимуму, сохранив такое же расположение компонентов, когда вы переносите их на перфорированную плату (рис. 3.21). На первое время достаточно будет одной такой платы.
Недостаток расположения компонентов на макетной плате — неэффективность использования пространства. Чтобы уменьшить размер готового устройства, вы можете попробовать разместить компоненты на плате с готовыми отверстиями — я покажу, как это сделать в эксперименте 14. Для наших целей понадобится плата небольшого размера, но вы можете купить большой лист и отрезать от него части по мере надобности (рис. 3.22).
Другой вариант — выбрать перфорированную плату с отличающимся рисунком медных дорожек. Например, существуют монтажные платы с параллельными дорожками, которые вы можете разрезать ножом в тех местах, где требуется разорвать соединение. У каждого, кто много паяет, есть предпочитаемый тип конфигурации платы, но я думаю, что прежде вам следует познакомиться с процессом пайки, а потом уже рассматривать варианты.
Фанера
В процессе пайки капли расплавленного припоя могут падать на стол или рабочую поверхность. Припой застывает практически мгновенно, его трудно удалить и после него остаются следы. Кусок фанеры 50x50 см толщиной 1 см обеспечит подходящую защиту. Сто'ящий кусок фанеры можно приобрести в любом строительном супермаркете.
Мелкие крепежные винты
Для крепления компонентов с обратной стороны приборной панели вам понадобятся мелкие крепежные винты. Они смотрятся красиво, когда их плоские головки расположены вровень с поверхностью панели, при условии что вы сделали зенковку отверстий. Я рекомендую приобрести крепежные винты М4 длиной 9,5-13 мм из нержавеющей стали, с контргайками М4, которые снабжены нейлоновыми вставками и таким образом не развинчиваются.
Корпуса для устройств
Обычно корпус — это просто небольшой отсек (чаще всего из пластика) со съемной крышкой. Как следует из названия, он предназначен для размещения одного из ваших электронных устройств. В просверленные отверстия на крышке вы можете встроить переключатели, потенциометры и светодиоды, а внутри корпуса поместить схему, смонтированную на плате. Небольшой динамик также можно поместить в подходящий корпус.
Например, для охранной сигнализации, описанной в эксперименте 15, подойдет корпус размером 15 см в длину, 7,5 см в ширину и 5 см в высоту.
Разъемы питания
Закончив изготовление устройства и поместив его в корпус, вам понадобится обеспечить удобный способ подачи питания. Можно купить пару штепсельных соединителей низкого напряжения постоянного тока, показанных на рис. 3.23. Их также называют «круглыми разъемами» и «круглыми гнездами», или же описывают как «разъем на 6 В постоянного тока» или «гнездо на 6 В постоянного тока». Они бывают разных размеров, но это неважно, главное, чтобы ваши соединительные элементы были одинаковыми по размеру.
Колодки
Спаяв схему на перфорированной плате, вам потребуется подключить к ней внешние переключатели или кнопки. Разъемное соединение предпочтительнее на тот случай, если вам понадобится выявить какую-то неисправность на плате.
Иногда такие соединительные компоненты называют однорядными гнездами и колодками, а также встраиваемыми гнездами и штекерными колодками. Они поставляются в лентах по 36 штук и более, и вы можете отломать столько, сколько нужно.
На рис. 3.24 изображены колодки до и после разделения на маленькие секции. Убедитесь в том, что соединения имеют контакты на расстоянии 2,5 мм для соответствия шагу отверстий в плате.
Рис. 3.23. Гнездо (справа) можно вмонтировать в корпус, чтобы подать питание от разъема (слева), соединенного с кабелем сетевого адаптера
Рис. 3.24. Миниатюрные соединители часто называют «колодками»
Компоненты
Еще раз напоминаю, что выпускаются готовые наборы компонентов. Откройте главу 6 и ознакомьтесь с разделом «Наборы». Если вы предпочитаете покупать компоненты самостоятельно в интернет-магазинах, смотрите раздел «Компоненты». Далее я перечислю компоненты, которые потребуются в дополнение к указанным в начале второй главы (см. раздел «Компоненты» главы 2).
Диоды
Диоды пропускают электрический ток в одном направлении и препятствуют его протеканию в обратном. Вывод диода, который должен быть отрицательным, называется катодом. Он обозначен меткой, как показано на рис. 3.25. На этой фотографии диод справа — это модель 1N4001, предназначенная для чуть более сильного тока, чем модель 1N4148, которая изображена слева. Эти компоненты недорогие и пригодятся вам в будущем, поэтому купите по 10 шт. каждого типа. Производитель не имеет значения.
Рис. 3.25. Внешний вид диодов. Метка обозначает вывод катода
