Электроника для начинающих (2-е издание) - Чарльз Платт

Цель очередного нашего эксперимента – изучить эффекты нагревания, т. е. узнать, куда и как уходит тепло.

Макетная плата сейчас нам не понадобится, т. к. неизвестно, сколько тепла поглощают контакты внутри платы. Нежелательно также, чтобы вы пользовались тестовыми проводами, потому что они также будут поглощать тепло.

Рис. 3.62. Исследование стойкости светодиода к нагреву. Батарею можно заменить сетевым адаптером

Согните оба вывода светодиода и резистора с номиналом 470 Ом в виде маленького крючка. Аналогично изогните и провода питания от 9-вольтовой батареи (рис. 3.62). Чтобы придать проводам желаемую форму, вам может потребоваться снять чуть больше изоляции и добавить немного припоя.

Верхний (на рис. 3.62) вывод резистора подсоедините к аноду светодиода, а нижний вывод резистора подключите к положительному проводу источника питания.

Закрепите пластиковый корпус светодиода в держателе. Пластик плохо проводит тепло, поэтому держатель не повлияет на результат эксперимента.

Подайте напряжение питания 9 В, светодиод должен ярко загореться. Для этого эксперимента я выбрал белый светодиод, потому что его легче фотографировать.

Вам понадобятся оба паяльника: маломощный паяльник на 15 Вт, а также более мощный. Включите их и подождите как минимум 5 минут, чтобы паяльники хорошо нагрелись. Теперь сильно прижмите жало 15-ваттного паяльника к одному из выводов светящегося светодиода, как показано на рис. 3.63, и засеките время.

Держу пари, пройдет не менее трех минут, прежде чем светодиод погаснет. Теперь вам понятно, почему паяльник мощностью 15 Вт рекомендован для тонких работ с электронными компонентами.

Аналогичный эксперимент проделайте с более мощным паяльником. Нагревайте провод в том же месте, что и ранее. Я думаю, что ваш светодиод погаснет секунд через десять (обратите внимание на то, что некоторые светодиоды могут выдержать более высокую температуру, чем другие). Именно поэтому паяльник мощностью 30 Вт непригоден для тонких работ с электроникой.

Температура жала обоих паяльников может быть примерно одинаковой. Но мощный паяльник обладает большей теплоемкостью. Другими словами, он выделяет большее количество тепла за то же самое время.

Рис. 3.63. Нагрев вывода светодиода 15-ваттным паяльником

Рис. 3.64. Медный зажим «крокодил» поглощает тепло и защищает светодиод

Ваш светодиод стал жертвой науки и погиб смертью храбрых. Проводите его в последний путь в мусорное ведро и замените новым, который мы будем испытывать более аккуратно. Подключите его так же, как и раньше, но на этот раз прикрепите большой медный зажим «крокодил» (или два небольших зажима) к одному из выводов возле корпуса светодиода, как показано на рис. 3.64. Прижмите жало паяльника мощностью 30 или 40 Вт к этому выводу ниже зажима. На этот раз вы сможете удерживать мощный паяльник на месте целые две минуты, не уничтожив светодиод.

Куда уходит тепло

Если в конце эксперимента вы дотронетесь до зажима, то обнаружите, что он довольно горячий, в то время как светодиод остается не таким нагретым. Представьте, что тепло от жала паяльника проходит по проводу, который ведет к светодиоду, но встречает на своем пути зажим «крокодил», как показано на рис. 3.65. Зажим подобен пустой емкости, которая ждет, чтобы ее наполнили. Тепло предпочитает перетечь в медный зажим, оставляя светодиод невредимым.

Рис. 3.65. Медный зажим отводит тепло от светодиода

Зажим «крокодил» сыграл роль теплоотвода. Он работает лучше, чем обычный никелированный стальной зажим, потому что медь очень хорошо проводит тепло.

Вернемся к первой части этого эксперимента. Вы убедились, что паяльник мощностью 15 Вт не повредил светодиод даже при отсутствии теплоотвода. Означает ли это, что такой инструмент полностью безопасен? В нашем эксперименте это действительно так. Но вы ведь не знаете, являются ли другие полупроводниковые компоненты более чувствительными к теплу, чем светодиоды.

Поскольку последствия перегрева компонентов могут оказаться довольно печальными, я предлагаю избегать рискованных действий и использовать теплоотвод при таких условиях:

• Если вы держите паяльник мощностью 15 Вт очень близко к полупроводниковому прибору в течение 20 секунд и более.

• Если вы держите паяльник мощностью 30 Вт в сантиметре от резисторов или конденсаторов в течение 10 секунд и более. (Никогда не паяйте таким инструментом полупроводниковые компоненты).

• Если вы держите паяльник мощностью 30 Вт возле чего-либо легкоплавкого в течение 20 секунд и более. К плавким предметам относятся изоляция проводов, пластмассовые разъемы и пластиковые компоненты внутри переключателей.

Правила защиты от перегрева при пайке

• Лучше всего работают полноразмерные медные зажимы «крокодил», но их нельзя поместить в труднодоступных местах. В идеале у вас должны быть и маленькие зажимы.

• Прикрепляйте зажим «крокодил» как можно ближе к компоненту и как можно дальше от соединения, которое вы пытаетесь спаять. Не забывайте, что место пайки должно быть горячим. Отводите тепло от компонента, а не от пайки.

• Убедитесь в том, что между зажимом «крокодил» и выводом компонента обеспечивается тесный контакт для хорошего отвода тепла.

Теперь во всеоружии мы можем приступить к увлекательному процессу изготовления настоящего электронного устройства.

Эксперимент 14. Мигающий брелок

До сих пор вы сразу начинали сборку устройств, не углубляясь в теорию и не планируя ничего заранее. Именно так выглядит процесс обучения через открытие. Однако иногда план необходим, и сейчас наступил один из таких случаев. Вначале я собираюсь изложить все необходимые сведения, а затем мы приступим к поэтапному процессу сборки устройства.

Что вам понадобится

• Батарея на 9 В с разъемом или сетевой адаптер на 9 В

• Монтажный провод, кусачки, инструмент для зачистки проводов, мультиметр

• Паяльник мощностью 15 Вт

• Тонкий припой (0,5 мм)

• Плата с отверстиями (без медных дорожек)

• Держатель

• Резисторы: 470 Ом (2 шт.), 100 кОм (1 шт.), 4,7 кОм (2 шт.), 470 кОм (2 шт.)

• Конденсаторы емкостью 3,3 мкФ (2 шт.) и 220 мкФ (1 шт.)

• Транзисторы серии 2N2222 (3 шт.)

• Стандартный светодиод (1 шт.)

Возвращаемся к схеме генератора

Вернитесь к схеме генератора, изображенной на рис. 2.111. Теперь наша задача – сделать это устройство как можно компактнее, чтобы его можно было носить с собой.

Представьте, что выводы компонентов соединены между собой резинками, которые позволяют вам перемещать детали по поверхности без разрыва связей между ними. Можно так расположить компоненты, чтобы резинки были совсем не растянуты, в этом случае устройство окажется максимально компактным. Теперь вы можете закрепить детали на перфорированной плате и соединить их медными проводниками.