Искусство схемотехники. Том 3 [Изд.4-е] - Пауль Хоровиц

Конфигурации разъемов в некоторой степени стандартизированы. Чаще других распространены платы с 22 контактами на каждой стороне с шагом 3,9 мм (бывают также и 3,2 и 2,5 мм). Разъем, соответствующий такой плате, называется двусторонним 44-контактным печатным разъемом. Платы-макеты могут быть различных размеров и вмещают от 12 до 36 и более ИМС. Несколько большей совместимостью с конструкциями компьютеров обладают платы, рассчитанные на 100 или более ИМС. Такие платы могут непосредственно использоваться в головном образце небольшой вычислительной машины. Некоторые из этих плат — с односторонней печатью, другие — с двусторонней, со сквозными отверстиями. Этот вопрос еще будет обсуждаться ниже в связи с обычно используемыми ПС. На рис. 12.1 приведена фотография небольшой платы-макета печатной схемы (Douglas Electronics 11-DE-3), вставляемой в 44-контактное двустороннее гнездо и встраиваемой в рамку с направляющими (Elco 6022), поддерживающими платы ПС.

Рис. 12.1. Плата «самолет» для макетирования пайкой, широко используемая при монтаже небольших схем, особенно содержащих как дискретные элементы, так и ИМС. Такая плата приспособлена для монтажа 12 ИМС в двухрядных (DIP) корпусах. Она имеет шины разводки заземления и питания. Металлизированный печатный разъем стандартизован, поэтому плата может вставляться в общий каркас или разъем с обоймой, как показано на рисунке. В данной схеме помимо транзистора и ИМС содержатся различные компоненты: одно- и многооборотные подстроечные индуктивности, потенциометры, кварцевый резонатор, размещенные в корпусе DIP ключи, миниатюрные реле и световой индикатор логических состояний.

Для разработки прототипов ПС широко используется и другая форма экспериментальных плат — так называемые платы с перфорацией. Это тонкий лист из слоистого изоляционного материала с отверстиями, сделанными через равные промежутки (чаще всего ~ 5 мм) под маленькие металлические штырьки. При разводке схемы вы вставляете дюжину маленьких штырьков, куда найдете нужным, укрепляете на них компоненты и по завершении монтажа припаиваете провода от штырька к штырьку. Платы с перфорацией очень хороши для работы, но они становятся неудобными в случаях плотного расположения ИМС, когда расстояние между штырьками получается меньше 2,5 мм. Пример платы с перфорацией приведен на рис. 12.2.

Рис. 12.2. Плата типа перфокарты. Удобная для построения макетов на дискретных компонентах, но для ИМС она не очень хороша. Штырьки плотно вставлены в отверстия (или развальцованы специальным инструментом), а разводка делается снизу.

Разновидностью плат ПС являются платы под монтаж накруткой (Gardner-Denver). Они представляют собой схемные карты с цепочками гнезд (или контактных площадок) под ИМС со штырьками, соединенными с каждым из контактных гнезд и имеющими длину от 7,5 до 15 мм (рис. 12.3).

Рис. 12.3. Большая панель с монтажем «накруткой» и ее нижняя сторона (вид в зеркале). Проволочный монтаж микрокомпьютерной схемы выполнен машинным способом (см. разд. 12.08. «САПР/АСУП»). На этой универсальной панели размещены чипы разных размеров, переходники-держатели элементов, а также участки для подсоединения внешних плат с помощью ленточных кабелей с двухрядными 14 штырьковыми разъемами.

Штырьки в поперечном сечении представляют собой обычно квадраты со стороной 0,625 мм и сделаны из твердого металла с острыми кромками, покрытого золотом или оловом. Провод не припаивается к этим штырькам, а плотно накручивается на них с помощью электрического пистолета для накрутки (существует недорогой вариант его, известный как «ручной инструмент для накрутки проволоки»). Накрутка — очень быстрый способ. Вы просто вставляете зачищенный конец провода в инструмент, устанавливаете инструмент на штырек — свистящий звук и работа готова. Для этих целей используется стандартная посеребренная медная проволока калибра 26 или 30[3] с кайнаровой изоляцией. Существует специальный инструмент и для зачистки без зазубрин тонких проводов от изоляции. В процессе накрутки проволока плотно натягивается на острые углы, образуя несколько дюжин швов холодной сварки, непроницаемых для газов. В результате соединение накруткой получается таким же надежным, как и соединение пайкой, причем делается оно очень легко и быстро. Для логических схем, содержащих немного дискретных компонентов, монтаж накруткой, вероятно, лучший способ монтажа при изготовлении одной или двух схем средней сложности. Так как панели с контактами накруткой выпускаются в первую очередь для корпусов с ИМС, такой монтаж меньше подходит для схем с множеством резисторов, конденсаторов и других дискретных элементов. Для таких схем монтаж пайкой предпочтительнее.

Для установки на платы с накруткой дискретных компонентов используются специальные переходники, которые вставляются в гнезда ИМС, и затем производится накрутка проводов с использованием соединительных штырьков. Некоторые панели с накруткой имеют сверхлегкоплавкие контактные площадки (а не гнезда для ИМС), очень удобные для установки дискретных компонентов. Особенно приятный вид имеют платы с накруткой, в которых штырьки располагаются на той же стороне, что и компоненты (обычно штырьки выводятся на другую сторону). Хотя на этом типе плат плотность монтажа (т. е. число ИМС на единицу площади) меньше, они удобны для работы с дискретными компонентами, так как компоненты можно видеть в процессе накрутки. Кроме того, имеется возможность уменьшить промежутки между соседними платами, поскольку и компоненты, и штырьки располагаются на одной и той же стороне. Этот тип плат без гнезд практически полностью подходит для конструирования и линейных, и цифровых схем. Пример такой платы приведен на рис. 12.4.

Рис. 12.4. Платы с соединениями накруткой обеспечивают точный и быстрый монтаж, особенно они хороши для схем с цифровыми ИМС. Эта плата сделана по образцу печатной схемы, штырьки для соединения накруткой вынесены на компонентную сторону в отличие от обычного расположения штырьков на нижней стороне. Такая специфическая компоновка платы диктуется внутренними габаритами океанографического датчика давления, для которого она предназначена.

На рис. 12.5 для сравнения показаны монтаж макета схемы на плате с накруткой и окончательный вариант печатной схемы, используемой в производстве.

Рис. 12.5. Плата-прототип с контактами накруткой и печатная схема — ее преемник. В печатной плате отсутствуют перекрестные помехи, и она гораздо проще для изготовления большими партиями. Кроме того, в ней исключены ошибки при монтаже проводов.

Печатные схемы удобнее в массовом производстве: у них превосходные электрические параметры и они имеют не такой запутанный вид, как панели с монтажом накруткой. О платах ПС мы будем говорить в следующем разделе.

Печатные платы

При серийном производстве любой электрической схемы лучше пользоваться печатным монтажом. Печатная плата представляет собой твердую пластину из непроводящего материала с тонкими медными линиями, являющимися схемными проводниками. Хотя ранние печатные схемы считались малонадежными (вспомните рекламу телевизоров, высокие качества которых обеспечивались тем, что в них не использовались печатные схемы, а применялся навесной монтаж с ручной сборкой), технологические процессы создания материалов для ПС и производства законченных плат достигли такого уровня, что сейчас изготовление печатных схем практически не представляет проблемы. И действительно, платы ПС являют собой самую надежную технику монтажа. Печатные схемы, как правило, используются в компьютерах, в космической аппаратуре, в военной, электронной технике, где, как известно, высокая надежность имеет особое значение.

«Майлар» или фоточертеж. Изготовление платы ПС начинают с того, что имея комплект плакатов рабочего размера, вычерчивают непрозрачный рисунок из треков и контактных площадок, требуемых по схеме (рис. 12.6).

Рис 12.6. Чертеж металлизации для простой односторонней платы ПС. Этот «позитивный слой» выполнен фотографическим уменьшением майларового рисунка, сделанного вручную в масштабе 2:1. Схемная плата размером 82,15x87,5 мм содержит 4 ИМС, 24 резистора, 11 конденсаторов, 5 диодов, 1 триммер и 1 пьезозуммер.

На этой стадии работы существует тьма правил и хитрых уловок, но основное — это сообразить, как сделать все нужные межсоединения с помощью линий, протянутых по панели. Как будет коротко описано в разд. 12.08, эти плакаты обычно выполняют непосредственно на пленке, используя фотографопостроитель, управляемый ЭВМ, или лазерный графопостроитель, работающие по описанию схемы, разработанной с помощью САПР (системы автоматизированного проектирования). Однако для простых схем нанесение рисунка можно выполнять вручную, наклеивая непрозрачные полоски и шаблоны на чистую майларовую пленку. В этом случае ленточный майларовый шаблон делают в удвоенном масштабе, с которого фотографическим путем получают плакат рабочего размера.